半导体“黑科技”：氮化镓（GaN）是何物？

氮化镓（GaN）被誉为是继第一代 Ge、Si 半导体材料、第二代 GaAs、InP 化合物半导体材料之后的第三代半导体材料，今天金誉半导体带大家来简单了解一下，这个材料有什么厉害的地方。

研发背景

氮化镓（GaN）是一种人造材料，于1928年被人工合成，自然形成氮化镓（GaN）的条件极为苛刻，需要2000多度的高温和近万个大气压的条件才能用金属镓和氮气合成为氮化镓（GaN），在自然界是不可能实现的。后面通过70年的技术改进，于90年代开始被广泛应用于发光二极管上，研发之初是用于制造出颜色从红色到紫外线的发光二极管。

认识氮化镓（GaN）

氮化镓（GaN）是一种无机物，化学式GaN，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙（direct bandgap）的半导体。此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。GaN是极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点约为1700℃。

物理外观上氮化镓（GaN）一般为黄色粉末，类铅锌矿晶体，摩尔质量为 83.73 g/mol g · mol ⁻ ¹，熔点在 2500 ° C 以上，密度为 6.15 g/cm3。遇水能产生化学反应，且不可燃。

后来在应用过程发现：氮化镓（GaN）晶体可以在各种衬底上生长，包括蓝宝石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上生长 GaN 外延层可以使用现有的硅制造基础设施，从而无需使用成本很高的特定生产设施，而且可采用低成本、大直径的硅晶片。

应用范围

氮化镓的应用范围十分广阔，目前被广泛用于军工电子、通讯、功率器件、集成电路、光电子等领域中。而且氮化镓（GaN）作为一种宽禁带化合物半导体材料，具备禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、开关频率高，以及抗辐射能力强等优势。

其中，开关频率高意味着应用电路可以采用尺寸更小的无源器件；击穿电压高则意味着电压耐受能力比传统硅材料高，不会影响导通电阻性能，因此能够降低导通损耗。种种优势加持下，氮化镓成为了更好支持电子产品轻量化的关键材料，是目前最具发展前景的材料。

氮化镓（GaN）在大功率、高温、高频、抗辐射的微电子领域，以及短波长光电子领域，有明显优于硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等第一代和第二代半导体材料的性能。它们具备高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能，贴合节能减排、智能制造、信息安全等国家重大战略需求，是支撑新一代移动通信、新能源汽车、高速轨道列车、能源互联网等产业自主创新发展和转型升级的重点核心材料和电子元器件，已成为全球半导体技术和产业竞争焦点。

第三代半导体材料五高特性

每一次新材料的发明和应用，都是对行业的冲击，冲击中既有挑战，也蕴藏着机遇。把握好新材料的应用对于厂商、行业、甚至国家都有巨大的发展意义。氮化镓的发展与现状就生动的诠释了这一点——如今，属于氮化镓的赛道已开启，前路还长，让我们拭目以待！

审核编辑：汤梓红