氮化鎵技術非常適合4.5G或5G系統，因為頻率越高，氮化鎵的優勢越明顯。但對于手機而言，氮化鎵材料還有很多難題需要解決。

網絡基礎設施與反導雷達等領域都要求使用高性能高功率密度的射頻器件，這使得市場對于射頻氮化鎵（GaN）器件的需求不斷升溫。

舉個例子，現在的無線基站里面，已經開始用氮化鎵器件取代硅基射頻器件，在基站設備上，氮化鎵器件的使用得越來越廣泛。氮化鎵受青睞主要是因為它是寬禁帶（wide-bandgap）器件，與硅或者其他三五價器件相比，氮化鎵速度更快，擊穿電壓也更高。

現在，為了把氮化鎵器件推到更大的市場去，一些射頻氮化鎵廠商開始考慮在未來的手持設備中使用氮化鎵。對于現在的手機而言，氮化鎵的性能過剩，價格又太貴。但將來支持下一代通信標準（即5G）的手機，使用氮化鎵是有可能的。

氮化鎵技術非常適合4.5G或5G系統，因為頻率越高，氮化鎵的優勢越明顯。但對于手機而言，氮化鎵材料還有很多難題需要解決，例如功耗、散熱與成本。

不同工藝比較（數據來源于OKI半導體）

射頻氮化鎵技術是5G的絕配

雖然氮化鎵用到手機上還不現實，但業界還是要關注射頻氮化鎵技術的發展。“與砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）等高頻工藝相比，氮化鎵器件輸出的功率更大；與LDCMOS和碳化硅（SiC）等功率工藝相比，氮化鎵的頻率特性更好。” 分析機構Strategy Analytics的分析師Eric Higham說。

“氮化鎵器件的瞬時帶寬更高，這一點很重要，載波聚合技術的使用以及準備使用更高頻率的載波都是為了得到更大的帶寬。”Higham說，“這意味著覆蓋系統的全部波段和頻道只需要更少的放大器。”

氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）是射頻應用中常用的三五價半導體材料，LDMOS（橫向擴散MOS技術）是基于硅的射頻技術，碳化硅（SiC）可用于功率或射頻領域。

可以肯定的是，氮化鎵不會統治整個射頻應用，設備廠商會像以前一樣，根據應用選擇不同的器件和工藝制程技術，包括三五價化合物與硅材料。“（射頻領域）還是有砷化鎵與硅器件的市場空間。”GlobalFoundries射頻市場總監Peter Rabbeni說道。

什么是氮化鎵?

氮化鎵技術可以追溯到1970年代，美國無線電公司（RCA）開發了一種氮化鎵工藝來制造LED。現在市場上銷售的很多LED就是使用藍寶石襯底的氮化鎵技術。

除了LED，氮化鎵也被使用到了功率半導體與射頻器件上?；诘壍墓β市酒谑袌稣痉€腳跟。“我們相信，氮化鎵在600V功率器件市場將占有主要優勢。”英飛凌氮化鎵全球應用工程經理Eric Persson說道。

氮化鎵功率器件還是一個新事物，一時半會兒不會取代現在600V的主流技術--功率MOSFET。“要最大限度發揮（GaN功率技術的）作用，必須采用新型拓撲。”Persson說道。

但射頻氮化鎵技術正在成為主流。根據Strategy Analytics的統計，2015年射頻氮化鎵市場規模達到3億美元，該機構預測2020年射頻氮化鎵市場可達6.885億美元。

2015年射頻氮化鎵應用市場分布圖（數據來源于YOLE）

現在能夠提供射頻氮化鎵器件的廠商主要有科銳、英飛凌、Macom、恩智浦、Qorvo和住友等廠商。（英飛凌在2016年7月已經宣布收購科銳的Wolfspeed部門，Wolfspeed提供碳化硅功率器件和碳化硅基氮化鎵射頻器件）。還有包括波音、Northrop Grumman和雷神等在內的軍工廠商也在開發氮化鎵和其他三五價技術。

氮化鎵可用于制造場效應管（FET）。平面氮化鎵場效應管和硅基的MOSFET類似，通過柵極控制電流從源極流向漏極。

不過制造工藝上氮化鎵和CMOS不同。氮化鎵的襯底是在高溫下利用金屬有機氣相沉積（MOCVD）或者分子束外延（MBE）技術生長的。氮化鎵與一般半導體材料的最大區別是禁帶更寬。禁帶寬度是表征價電子被束縛強弱程度的一個物理量，禁帶越寬，對價電子的束縛越緊，使價電子擺脫束縛成為自由電子的能量越大。禁帶寬度也決定了自由移動電子的質量。

氮化鎵的禁帶寬度是3.4 eV（電子伏特），另一種寬禁帶材料碳化硅是3.3eV，對比一下，現在的射頻工藝砷化鎵（GaAs）的禁帶寬度是1.4eV，而硅是1.1eV。

用氮化鎵和碳化硅等寬禁帶材料制造的芯片能夠承受更高的電壓，所以與其他技術相比，輸出能量密度更高，可工作環境溫度也更高。“此外，氮化鎵器件在技術上還有很多優勢，例如更高的輸出阻抗。高輸出阻抗可以使氮化鎵器件的阻抗匹配和功率組合更容易，這樣可以覆蓋更寬的頻率范圍，提高射頻功放器件的適用性。”NI AWR事業部技術市場總監David Vye說道。