Onsemi公司近日发布了其最新的垂直氮化镓(vGaN)功率半导体系列，这项新一代的氮化镓(GaN)技术专为满足人工智能、电动汽车以及可再生能源等领域日益增长的能量和性能需求而设计。这一系列产品的推出，标志着在氮化镓技术领域的重要进展。

据Onsemi介绍，vGaN设备是在其位于纽约锡拉丘兹的66000平方英尺的研发设施内开发的。这些设备是首个可商业化扩展的真正GaN-on-GaN功率架构，代表了半导体行业技术的一次重要飞跃。

Onsemi的垂直GaN晶体管采用大块GaN衬底制造，电流垂直通过晶体晶格流动，而非在其表面上横向流动。这一设计显著提升了设备的性能。与传统的氮化镓-硅或氮化镓-蓝宝石工艺相比，垂直GaN消除了衬底不匹配带来的缺陷问题，其缺陷密度可低至10^3–10^5 cm^-2，而GaN-on-Si的缺陷密度则约为10^9 cm^-2。这一优势使得vGaN技术在良率、位错率和耐用性方面均表现出色。

为了实现这一技术，Onsemi需在超过1000°C的高温下生长厚而无缺陷的GaN层，并在原位掺杂形成p型和n型区域。公司拥有超过130项涵盖生长、再生长以及器件制造的专利，包括在图案化晶圆上再生长p-GaN的独特工艺。

在性能方面，Onsemi的vGaN设备具有3.4 eV的带隙和3.3 MV/cm的临界电场强度，支持高达2000 cm^2/V·s的电子迁移率和接近2.5×10^7 cm/s的峰值电子速度。这些特性使得vGaN能够实现超过硅和碳化硅mosfet的开关频率，满足高性能应用的需求。

vGaN设备能够处理1200 V及以上的电压，原型机甚至能达到3300 V的电压水平。此外，基于vGaN技术的系统还可以将功率转换损耗降低多达50%。高开关频率带来的优势使得电感器、电容器和磁性元件的体积大幅缩小，相较于传统的横向GaN设备，vGaN设备的占地面积约为其三分之一。

在传统的横向GaN设备中，GaN层通常位于外部衬底上，这样的设计会导致晶格和热不匹配，从而限制了器件的厚度和电压能力。而GaN-on-GaN技术则直接在原生GaN衬底上生长活性区域，消除了晶格应变，使得工程师能够构建更厚的漂移区域，从而提高击穿电压并保持低导通电阻。

尽管vGaN技术展现出了极大的潜力，制造成本和晶圆的可用性依然是当前面临的挑战。大块GaN衬底的生产过程比硅更复杂且成本更高。然而，随着规模化生产和良率提升，垂直GaN未来有望在高电压和紧凑型应用中取代横向GaN甚至碳化硅(SIC)技术。

Onsemi目前正在进行700 V和1200 V vGaN设备的抽样，预计在完成相关测试和资格认证后，将进入全面生产阶段。这一系列设备的推出，不仅将推动半导体行业的技术进步，还将为人工智能和电气化的发展提供强有力的支持。