大家都知道，第一代半導體材料是硅，主要解決數(shù)據(jù)運算、存儲的問題；第二代半導體是以砷化鎵為代表，它被應(yīng)用到于光纖通訊，主要解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}；第三代半導體則就是以氮化鎵為代表，它在電和光的轉(zhuǎn)化方面性能突出，在微波信號傳輸方面的效率更高，所以可以被廣泛應(yīng)用到照明、顯示、通訊等各大領(lǐng)域。

什么是 GaN 氮化鎵？

GaN：由鎵（原子序數(shù) 31） 和氮（原子序數(shù) 7） 結(jié)合而來的化合物。它是擁有穩(wěn)定六邊形晶體結(jié)構(gòu)的寬禁帶半導體材料。

由于 GaN 具有更小的晶體管、更短的電流路徑、超低的電阻和電容等優(yōu)勢，GaN 充電器的運行速度，比傳統(tǒng)硅器件要快 100 倍。

GaN 在電力電子領(lǐng)域主要優(yōu)勢在于高效率、低損耗與高頻率，GaN 材料的這一特性令其在充電器行業(yè)大放異彩。

更重要的是，GaN 相比傳統(tǒng)的硅，可以在更小的器件空間內(nèi)處理更大的電場，同時提供更快的開關(guān)速度。

此外，氮化鎵比硅基半導體器件，可以在更高的溫度下工作。

GaN 氮化鎵的性能特點

氮化鎵（GAN）的性能特點 高性能：主要包括高輸出功率、高功率密度、高工作帶寬、高效率、體積小、重量輕等。目前第一代和第二代半導體材料在輸出功率方面已經(jīng)達到了極限，而GaN半導體由于在熱穩(wěn)定性能方面的優(yōu)勢，很容易就實現(xiàn)高工作脈寬和高工作比，將天線單元級的發(fā)射功率提高10倍。 高可靠性：功率器件的壽命與其溫度密切相關(guān)，溫結(jié)越高，壽命越低。

氮化鎵芯片的發(fā)光原理

氮化鎵（GaN）技術(shù)并不是一種新的半導體技術(shù)，自1990年起就已經(jīng)常被用在發(fā)光二極管中，但成本昂貴。

我們知道的氮化鎵材料的發(fā)光機制包括以下幾種分別是帶間躍遷發(fā)光、帶邊躍遷發(fā)光、激子復合發(fā)光、雜質(zhì)或缺陷能級躍遷引起的發(fā)光等。

氮化鎵的格子缺陷很多卻能夠產(chǎn)生高輝度，主要原因是藉由奈米技術(shù)控制組件結(jié)構(gòu)，使得組件的發(fā)光效率得以提高，進而獲得高輝度。

利用GaN（氮化鎵）系半導體的白色發(fā)光二極管，做為新世代固態(tài)照明燈源是歷經(jīng)無數(shù)的轉(zhuǎn)折，十年前包含產(chǎn)官學研界幾乎未曾將半導體白色發(fā)光二極管納入考量，雖然有很多研究人員非常關(guān)心藍光LED的發(fā)展，卻都無視白光LED的應(yīng)用潛能。

97年利用藍光LED激發(fā)黃色熒光體（YAG；釔、鋁、石榴石、鈰的混合物），再透過藍色與黃色熒光體的互補特性，產(chǎn)生二色式擬似白光的LED正式進入量產(chǎn)，加上行動電話的應(yīng)用促成白光LED全面性的普及，使得白光LED成為全球性的研究主流。

由于白光LED不需使用熒光燈常用的玻璃管、惰性氣體、水銀、變壓器、升壓器，所以可以大幅節(jié)省能源，取代熒光燈與白炙燈除了可節(jié)省能源之外，廢棄物的減少對地球環(huán)保也有莫大的助益。

氮化鎵晶體管通過兩種不同禁帶寬度（通常是AlGaN和GaN）材料在交界面的壓電效應(yīng)形成的二維電子氣（2DEG）來導電，如圖所示。由于二維電子氣只有高濃度電子導電，因此不存在硅MOSFET的少數(shù)載流子復合（即體二極管反向恢復）的問題。

圖：氮化鎵導電原理示意圖

圖所示的基本氮化鎵晶體管的結(jié)構(gòu)是一種耗盡模式（depletion-mode）的高電子移動率晶體管（HEMT），這意味著在門極和源極之間不加任何電壓（VGS=0V）情況下氮化鎵晶體管的漏極和元件之間是導通的，即是常開器件。這與傳統(tǒng)的常閉型MOSFET或者IGBT功率開關(guān)都完全不同，對于工業(yè)應(yīng)用特別是開關(guān)電源領(lǐng)域是非常難以使用的。為了應(yīng)對這一問題，業(yè)界通常有兩種解決方案，一是采用級聯(lián)（cascode）結(jié)構(gòu)，二是采用在門極增加P型氮化鎵從而形成增強型（常閉）晶體管。

文章整合今日半導體、華強電子網(wǎng)、國際led網(wǎng)