Halbleiter auf Galliumnitrid-Basis (GaN)

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Funktionsnachweis der Technologie im Labor(-maßstab) auf Systemebene

Beschreibung

Galliumnitrid-Halbleiter basieren auf Gallium und Stickstoff. Sie zählen damit zu den sog. III-V-Verbindungshalbleitern, wobei der Rohstoff als Nebenprodukt bei der Aluminiumherstellung anfällt. Mit der Entwicklung von Galliumnitrid-Halbleitern ist insbesondere die Hoffnung verbunden, Potenziale im Rahmen der Energieeffizienz effektiv zu heben und damit eine Verbesserung gegenüber der Anwendung von Silizium (Si) bzw. Siliziumkarbid (SiC) zu schaffen. Automotive Einsatzmöglichkeiten für die Anwendung der GaN-Halbleiter wurden in der Vergangenheit bspw. für induktive Ladevorgänge an batterieelektrischen Fahrzeugen (battery electric vehicle, BEV), Smart Grids und die 5G-Kommunikation erkannt.

Grundsätzlich ist ein großes Forschungsinteresse an der Technologie erkennbar. Nachdem bereits 2019 das Projekt „UltimateGaN“ („Research for GaN technologies, devices and applications to adress the challenges of the future GaN roadmap“) in europäischer Zusammenarbeit durchgeführt wurde, beteiligen sich an dem „ALL2GaN“-Folgeprojekt („Affordable smart GaN IC solutions for greener applications)“ insgesamt 45 Partner aus zwölf europäischen Ländern. Unternehmensseitig sind insbesondere die Entwicklungsaktivitäten des deutschen Halbleiterkonzerns Infineon bekannt: Zuletzt gab das Unternehmen die Akquise des kanadischen Unternehmens GaN Systems für 830 Mio. Dollar bekannt.

Aufgrund der fortschreitenden Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten scheint ein erheblicher Marktwachstum für die Technologie denkbar: Gemäß entsprechender Prognosen könnte der weltweite Markt für GaN-Halbleiter von rund 500 Millionen Dollar im Jahr 2023 auf mehr als zwei Milliarden Dollar im Jahr 2028 steigen, was einer jährlichen Wachstumsrate von fast 50 % entspräche. 

Chancen
  • Möglichkeit zu höheren Leistungsdichten
  • Bauteile auf GaN-Basis können in kleinen und leichten Bauelementstrukturen eingesetzt werden
  • Reduktion von Stromverlusten
  • Geringere Herstellkosten, da einfacher herstellbar als z.B. SiC
  • Hitzebeständiger als SiC
Herausforderungen
  • GaN-basierte Bauelementen weisen die Schwierigkeit auf, aus GaN große Einkristalle herzustellen, um daraus hochwertige GaN-Wafer zu fertigen
  • Die p-Dotierung des Halbleitermaterials gilt als herausfordernd
Quellen:

Trend

[dazugehoerige-techprozesstrends]
[dazugehoerige-techprodukttrends]
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Funktionsnachweis der Technologie im Labor(-maßstab) auf Systemebene