Vertikale GaN-Halbleiter von onsemi vorgestellt

onsemi stellt vertikale GaN‑Technologie für KI vor

onsemi hat vertikale GaN-Leistungshalbleiter vorgestellt, die eine Grundlage für kompakte und effiziente Systeme in KI, E-Mobilität und Industrie schaffen sollen. Die Vorteile reichen von geringerem Energieverlust bis zu mehr Leistungsdichte – doch wie genau?

Dr. Martin Large Dr. Martin Large Dr. Martin Large CvD Online all-electronics.de

31. Oktober 2025 - 10:35

onsemi hat eine vertikale GaN-Technologie (vGaN) vorgestellt, die durch GaN-on-GaN-Strukturen höhere Spannungen, geringere Verluste und kompaktere Systeme ermöglicht. Die Bauelemente sind für Anwendungen wie E-Mobilität, Rechenzentren und Industrieautomation vorgesehen.

onsemi

Auf einen Blick

onsemi stellt vertikale GaN-Technologie mit GaN-on-GaN-Struktur vor.
Ermöglicht bis zu 1.200 V, 50 % weniger Verluste und kompaktere Bauweise.
Einsatz in E-Mobilität, Rechenzentren, Industrie und Energieversorgung.

Was wurde mit der vertikalen GaN-Technologie erreicht?

onsemi hat mit der Vorstellung seiner vertikalen GaN-Halbleiter (vGaN) einen neuen Ansatz für Leistungselektronik präsentiert. Anders als bei lateral aufgebauten GaN-Bauelementen fließt der Strom bei der vGaN-Technologie vertikal durch das Halbleitermaterial. Dieser Aufbau ermöglicht höhere Betriebsspannungen – bis zu und über 1.200 Volt – sowie signifikant höhere Schaltfrequenzen.

Was ist vertikales GaN und warum ist es für die Leistungselektronik relevant?

Vertikales GaN (Galliumnitrit) bezeichnet eine Bauweise von Leistungshalbleitern, bei der der Stromfluss senkrecht – also vertikal – durch den Halbleiter verläuft. Im Unterschied zu konventionellen, lateralen GaN-Strukturen, bei denen sich der Strom horizontal an der Oberfläche bewegt, erlaubt das vertikale Design eine bessere Ausnutzung des Materialvolumens. Dadurch können deutlich höhere Spannungen verarbeitet und größere Ströme geführt werden, ohne dass die Bauteilfläche zunimmt. Vertikale GaN-Strukturen zeichnen sich durch geringere Schaltverluste, höhere Leistungsdichte und bessere thermische Eigenschaften aus. Sie ermöglichen kompaktere Systeme mit geringerem Kühlaufwand und eröffnen neue Möglichkeiten für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Effizienz und Robustheit – etwa in Rechenzentren, Elektrofahrzeugen oder erneuerbaren Energien. Diese Bauweise gilt als nächster Entwicklungsschritt in der Leistungselektronik auf Basis von GaN.

Welche Vorteile bringt die Technologie?

Durch die senkrechte Stromführung wird das Volumen des Halbleitermaterials effizienter genutzt. Das führt zu geringeren Energieverlusten, höherer Leistungsdichte und gleichzeitig kompakteren Systemen. onsemi gibt an, dass mit dieser Technologie Energieverluste um bis zu 50 % reduziert werden können.

Die vGaN-Bauelemente entstehen in onsemis Produktionsstandort in Syracuse, New York, wo epitaktisch gewachsene GaN-Schichten auf GaN-Substraten zum Einsatz kommen. Die zugrunde liegende Technologie ist durch mehr als 130 Patente abgesichert, die sowohl Herstellungsprozesse als auch Bauelementdesigns und Systemanwendungen abdecken.

In welchen Anwendungen wird vGaN eingesetzt?

Die vertikale GaN-Technologie von onsemi ist auf Anwendungen mit hohem Energiebedarf und engen Platzverhältnissen ausgerichtet. Dazu zählen unter anderem:

Elektrofahrzeuge: In Traktionsinvertern und Onboard-Chargern ermöglicht vGaN höhere Leistungsdichte und Reichweite bei gleichzeitig kompakterem Aufbau.
Ladeinfrastruktur: Schnellladestationen profitieren von der Kombination aus hoher Spannungsfestigkeit und geringerem Platzbedarf.
Rechenzentren: Bei Gleichstromverteilung in 800 V-Systemen bietet vGaN eine bessere Effizienz und mehr Leistung pro Rack.
Erneuerbare Energien: In Solar- und Windwechselrichtern reduziert die Technologie Energieverluste und erhöht die Leistungsfähigkeit.
Energiespeichersysteme: Bei bidirektionalen Stromflüssen – etwa in Batterie- oder Mikronetzanwendungen – ermöglicht vGaN schnelles, effizientes Schalten.
Industrieautomation und Robotik: Kompakte, leistungsfähige Antriebssysteme profitieren von der thermischen Stabilität.
Luft- und Raumfahrt: Anwendungen mit extremen Anforderungen an Spannungsfestigkeit, Robustheit und Volumeneffizienz zählen ebenfalls zum Zielmarkt.

onsemi liefert erste Muster von 700 V- und 1.200 V-Bauelementen bereits an Kunden zur Evaluierung aus. Die Technologie verspricht, neue Standards in der Leistungselektronik zu setzen – insbesondere dort, wo klassische Silizium- oder laterale GaN-Lösungen an ihre Grenzen stoßen.

Warum ist vertikales GaN ein strategischer Technologieschritt?

Mit der vGaN-Technologie reagiert onsemi auf den weltweit steigenden Energiebedarf in Sektoren wie künstlicher Intelligenz, Elektromobilität und Industrie 4.0. Die Fähigkeit, Strom effizienter umzuwandeln und Systeme gleichzeitig kleiner und robuster zu gestalten, wird zunehmend zur Schlüsselanforderung.

Im Wettbewerb um die effizientesten Lösungen für Leistungselektronik stellt die Kombination aus vertikaler Architektur und GaN-on-GaN-Material eine technologisSche Weiterentwicklung dar, die klassische Halbleitertechnologien wie Silizium oder GaN-on-Silizium deutlich übertrifft.

Mit dieser Entwicklung positioniert sich onsemi in einem Zukunftsmarkt, der von der Balance aus Energieeffizienz, Systemminiaturisierung und hoher Belastbarkeit geprägt ist – und setzt dabei auf eine technologische Plattform, die sowohl in Forschung als auch in der Anwendung langfristig angelegt ist.

Vertical GaN ist ein Wendepunkt für die Branche und definiert Effizienz als neue Messgröße des Fortschritts.

Dinesh Ramanathan, Senior Vice President Corporate Strategy, onsemi

So unterscheiden sich GaN- und SiC-Transistoren

Verbindungshalbleiter mit großer Bandlücke lösen in einigen Bereichen der Elektronik Silizium immer mehr ab. Besonders etabliert haben sich in den letzten Jahren Bauelemente auf Galliumnitrid- und Siliziumkarbid-Basis. Doch wo liegen die grundlegenden Unterschiede zwischen beiden und welche Vorteile bieten sie im Automotive-Bereich?

Welche Innovationsbasis steckt hinter der vGaN-Technologie?

Die vertikale GaN-Technologie von onsemi stützt sich auf eine umfassende Patentbasis mit über 130 Einträgen. Diese decken zentrale Bereiche wie Herstellungsprozesse, Bauelementarchitekturen, Fertigungstechnologien sowie systembezogene Innovationen ab. Die breite Schutzstrategie unterstreicht den technologischen Tiefgang und die Eigenentwicklung der Plattform.

Die Entwicklung wurde maßgeblich vom Forschungs- und Entwicklungsteam am onsemi-Standort in Syracuse, New York, vorangetrieben. Dort befindet sich auch die Produktion, in der epitaktisch gewachsene GaN-Schichten auf GaN-Substraten verarbeitet werden – eine Voraussetzung für die vertikale Stromführung und die damit verbundene hohe Leistungsfähigkeit der Bauelemente.

Diese Innovationsbasis bildet das Fundament für onsemis Positionierung im Bereich hocheffizienter Leistungselektronik und ermöglicht die Serienentwicklung von Bauelementen für zukünftige energieintensive Anwendungen.

Der Autor: Dr. Martin Large

Aus dem Schoß einer Lehrerfamilie entsprungen (Vater, Großvater, Bruder und Onkel), war es Martin Large schon immer ein Anliegen, Wissen an andere aufzubereiten und zu vermitteln. Ob in der Schule oder im (Biologie)-Studium, er versuchte immer, seine Mitmenschen mitzunehmen und ihr Leben angenehmer zu gestalten. Diese Leidenschaft kann er nun als Redakteur ausleben.