氮化鎵，分子式GaN,，英文名稱Gallium nitride,，是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙（direct bandgap）的半導(dǎo)體,。
GaN材料的研究與應(yīng)用是目前全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點,，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料,。
半導(dǎo)體行業(yè)在摩爾定律的“魔咒”下已經(jīng)狂奔了50多年,，一路上挾風(fēng)帶雨的,，好不風(fēng)光。不過隨著半導(dǎo)體工藝的特征尺寸日益逼近理論極限,，摩爾定律對半導(dǎo)體行業(yè)的加速度已經(jīng)明顯放緩,。
未來半導(dǎo)體技術(shù)的提升，除了進一步榨取摩爾定律在制造工藝上最后一點“剩余價值”外,，尋找硅（Si）以外新一代的半導(dǎo)體材料,，也就成了一個重要方向。在這個過程中,，氮化鎵（GaN）近年來作為一個高頻詞匯,，進入了人們的視野。
GaN和SiC同屬于第三代高大禁帶寬度的半導(dǎo)體材料,，和第一代的Si以及第二代的GaAs等前輩相比,，其在特性上優(yōu)勢突出。由于禁帶寬度大,、導(dǎo)熱率高,，GaN器件可在200℃以上的高溫下工作，能夠承載更高的能量密度,，可靠性更高,；較大禁帶寬度和絕緣破壞電場，使得器件導(dǎo)通電阻減少,，有利與提升器件整體的能效,；電子飽和速度快，以及較高的載流子遷移率,，可讓器件高速地工作,。
因此，利用GaN人們可以獲得具有更大帶寬,、更高放大器增益,、更高能效、尺寸更小的半導(dǎo)體器件,，這與半導(dǎo)體行業(yè)一貫的“調(diào)性”是吻合的,。
與GaN相比，實際上同為第三代半導(dǎo)體材料的SiC的應(yīng)用研究起步更早,，而之所以GaN近年來更為搶眼,，主要的原因有兩點。
首先,，GaN在降低成本方面顯示出了更強的潛力,。目前主流的GaN技術(shù)廠商都在研發(fā)以Si為襯底的GaN的器件，以替代昂貴的SiC襯底。該技術(shù)對于供應(yīng)商來說是一個有吸引力的市場機會,，它可以向它們的客戶提供目前半導(dǎo)體工藝材料可能無法企及的性能,。
讓我們回顧下不同襯底風(fēng)格的GaN：硅基、碳化硅（SiC）襯底或者金剛石襯底,。
硅基氮化嫁：這種方法比另外兩種良率都低，不過它的優(yōu)勢是可以使用全球低成本,、大尺寸CMOS硅晶圓和大量射頻硅代工廠,。因此，它很快就會以價格為競爭優(yōu)勢對抗現(xiàn)有硅和砷化鎵技術(shù),，理所當然會威脅它們根深蒂固的市場,。
碳化硅襯底氮化鎵：這是射頻氮化鎵的“高端”版本，SiC襯底氮化鎵可以提供最高功率級別的氮化鎵產(chǎn)品,，可提供其他出色特性,，可確保其在最苛刻的環(huán)境下使用。
金剛石襯底氮化鎵：將這兩種東西結(jié)合在一起是很難的,，但是好處也是巨大的：在世界上所有材料中工業(yè)金剛石的熱導(dǎo)率最高（因此最好能夠用來散熱）,。使用金剛石代替硅、碳化硅,、或者其他基底材料可以把金剛石高導(dǎo)熱率優(yōu)勢發(fā)揮出來,，可以實現(xiàn)非常接近芯片的有效導(dǎo)熱面。
其次,，由于GaN器件是個平面器件,，與現(xiàn)有的Si半導(dǎo)體工藝兼容性強，這使其更容易與其他半導(dǎo)體器件集成,。比如有廠商已經(jīng)實現(xiàn)了驅(qū)動IC和GaN開關(guān)管的集成,，進一步降低用戶的使用門檻。
正是基于GaN的上述特性,，越來越多的人看好其發(fā)展的后勢,。特別是在幾個關(guān)鍵市場中，GaN都表現(xiàn)出了相當?shù)臐B透力,。
射頻（RF）領(lǐng)域?qū)⑹荊aN的主戰(zhàn)場,。氮化鎵(GaN)功率半導(dǎo)體技術(shù)和模塊式設(shè)計的進步，使得微波頻率的高功率連續(xù)波(CW)和脈沖放大器成為可能,。
2014年,，美國雷神公司宣布其公司在下一代氮化鎵射頻半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域又取得一重大里程碑，研制出金剛石基GaN器件,。金剛石做襯底材料,，可將器件的熱傳導(dǎo)能力提升3～5倍，從而顯著減少雷達、電子戰(zhàn)裝置等國防系統(tǒng)的成本,、尺寸,、重量和功耗。金剛石基GaN器件可使晶體管功率密度比傳統(tǒng)SiC基GaN器件增加3倍,，克服了阻礙氮化鎵器件發(fā)揮潛力的主要障礙,。該數(shù)據(jù)由10×125微米金剛石基GaN高電子遷移率晶體管測得，HEMT是組成單片微波集成電路功率放大器的基本單元,，是固態(tài)射頻發(fā)射器和有源電子掃描陣列的基礎(chǔ),。
接著2016年3月，科巴姆公司與RFHIC公司將聯(lián)合開發(fā)GaN大功率放大器模塊,，用于175千瓦固態(tài)發(fā)射機原理樣機,。美國與韓國開始正式合作將氮化鎵用于軍事雷達。有分析指出,，與目前在RF領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的LDMOS器件相比,，采用0.25微米工藝的GaN器件頻率可高達其4倍，帶寬可增加20%,，功率密度可達6-8W/mm（LDMOS為1~2W/mm）,，且無故障工作時間可達100萬小時，更耐用,，綜合性能優(yōu)勢明顯,。5G的商用無疑會是GaN在射頻市場發(fā)展的一個驅(qū)動力。
根據(jù)市場研究機構(gòu)Yole的預(yù)測,，受5G網(wǎng)絡(luò)部署的拉動,，全球RF功率器件市場在2016年到2022年間將增長75%，年復(fù)合增長率達到9.8%,；GaN將在未來5~10年成為3W以上RF功率應(yīng)用的主流技術(shù),，而LDMOS的整體市場規(guī)模將下降到15%以下。
與此同時,，我們會發(fā)現(xiàn),，在其他RF領(lǐng)域，也都會有GaN的身影,，作為重要的升級換代技術(shù),，向原有的半導(dǎo)體器件發(fā)起挑戰(zhàn)，尤其在與砷化鎵的PK中顯示出絕對的3大物理特性優(yōu)勢：
氮化鎵器件提供的功率密度比砷化鎵器件高十倍：由于氮化鎵器件的功率密度較高,，因此可以提供更大的帶寬,、更高的放大器增益，并且由于器件尺寸的減少,，還可提高效率,。
氮化鎵場效應(yīng)管器件的工作電壓比同類砷化鎵器件高五倍：由于氮化鎵場效應(yīng)管器件可在更高電壓下工作,，因此在窄帶放大器設(shè)計上，設(shè)計人員
可以更加方便地實施阻抗匹配,。
氮化鎵場效應(yīng)管器件提供的電流比砷化鎵場效應(yīng)管高二倍：由于氮化鎵場效應(yīng)管器件提供的電流比砷化鎵場效應(yīng)器件高二倍,，因此氮化鎵場效應(yīng)器件的本征帶寬能力更高。
由于氮化鎵鎖定中低功率應(yīng)用,，其應(yīng)用市場規(guī)模要大于中高功率,，因此Yole預(yù)估，氮化鎵元件2015年～2021年的成長率將達83%,，其中電源供應(yīng)器（Power Supply）將占相當大的一部份,，近六成左右，而碳化硅同期的成長則相對緩慢,，成長率約在21%左右。
總結(jié)一下
氮化鎵南征北戰(zhàn)縱橫半導(dǎo)體市場多年,，無論是吊打碳化硅,，還是PK砷化鎵。氮化鎵憑借其禁帶寬度大,、擊穿電壓高,、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高,、抗輻射能力強和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)越性質(zhì),，穩(wěn)穩(wěn)地占領(lǐng)了理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系,，確立了其在制備寬波譜,、高功率、高效率的微電子,、電力電子,、光電子等器件方面的領(lǐng)先地位。