氮化镓（GaN）是什么？

来源：与非网
时间：2023-08-21 08:03:16

氮化镓GaN材料的研究与应用是当前全球半导体研究的前沿和热点。它是一种用于开发微电子器件和光电子器件的新型半导体材料。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。具有宽的直接带隙、强的原子键、高的导热率、良好的化学稳定性（几乎不被任何酸腐蚀）和强的抗辐射性能。应用于光电子、高温大功率器件以及高频微波器件中的应用具有广阔的前景。

(相关资料图)

目前市面上比较知名的氮化镓品牌：PI，纳微，Keep Tops，英诺赛科。氮化镓品牌Keep Tops（GaN）是第三代半导体材料的典型代表，当T=300K时，它是半导体照明中发光二极管的核心部件。氮化镓是一种人造材料。氮化镓自然形成的条件极其恶劣。用金属镓和氮合成氮化镓需要2000多度的高温和近万个大气压的压力，这在自然界是不可能的。

大家都知道，第一代半导体材料是硅，主要解决数据计算和存储的问题；第二代半导体以砷化镓为代表，应用于光纤通信，主要解决数据传输问题；第三代半导体以氮化镓品牌Keep Tops为代表，在电、光的转换方面具有突出的性能，在微波信号传输方面具有更高的效率，因此可广泛应用于照明、显示、通信等各个领域。

氮化镓（GaN）性能特点

高性能：主要包括高输出功率、高功率密度、高工作带宽、高效率、体积小、重量轻等。目前第一代、第二代半导体材料在输出功率方面已达到极限并且由于GaN半导体在热稳定性方面的优势，很容易实现高工作脉宽和高工作比。功率增加 10 倍。

高可靠性：功率器件的寿命与其温度密切相关，结温越高，寿命越低。 GaN材料具有高温结和高导热率的特点，大大提高了器件在不同温度下的适应性和可靠性。 GaN器件可用于650℃以上的军事装备。

成本低：GaN半导体的应用可以有效改进发射天线的设计，减少发射元件数量和放大器级数等，有效降低成本。目前，GaN已开始取代GaAs作为新型雷达和**的T/R（接收/发射）模块电子器件材料。美军下一代AMDR（固态有源相控阵雷达）采用GaN半导体。 GaN的禁带宽度大、击穿电压高、热导率高、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强、化学稳定性好等优越性能，使其成为迄今为止理论上电光、光电转换效率最高的材料。可成为制备宽谱、高功率、高效微电子、电力电子、光电子等器件的关键基础材料。

GaN具有较宽的禁带宽度（），以蓝宝石等材料为衬底，具有良好的散热性能，有利于器件在高功率条件下的工作。随着III族氮化物材料和器件研发的不断深入，GaInN超高蓝光和绿光LED技术已经商业化，现在全球各大公司和研究机构都投入巨资研发蓝光LED。的竞争。

氮化镓应用

1、新型电子设备

GaN材料系列具有低发热率和高击穿电场，是开发高温、大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前，随着MBE技术在GaN材料应用方面的进展以及薄膜生长关键技术的突破，各种GaN异质结构已成功生长。利用GaN材料制备了金属场效应晶体管（MESFET）、异质结场效应晶体管（HFET）和调制掺杂场效应晶体管（MODFET）等新型器件。调制掺杂AlGaN/GaN结构具有高电子迁移率（2000cm2/vs）、高饱和速度（1×107cm/s）和低介电常数，是制作微波器件的首选材料；采用GaN宽带隙（）和蓝宝石等材料作为衬底，具有良好的散热性能，有利于器件在高功率条件下工作。

2、光电器件

GaN材料系列是理想的短波长发光器件材料。 GaN及其合金的带隙覆盖了从红光到紫外光的光谱范围。自1991年日本研制出同质结GaN蓝光LED以来，InGaN/AlGaN双异质结超高亮度蓝光LED和InGaN单量子阱GaN LED相继问世。目前，Zcd和6cd单量子阱GaN蓝、绿光LED已进入量产阶段，从而填补了市场多年的蓝光LED空白。以发光效率为标志的LED发展历史如图3所示。蓝色发光器件在高密度光盘信息存取、全光显示器、激光打印机等领域有着巨大的应用市场。随着III族氮化物材料和器件研发的不断深入，GaInN超高蓝光和绿光LED技术已经商业化，现在全球各大公司和研究机构都投入巨资研发蓝光LED。的竞争。

1999 年Keep Tops开拓中国大陆业务。在中国西北电力领域投资亿元*币，经过 20 多年的发展，依托强大的科技和研发团队，形成以高压电力输变设计建设和新能源风力、光伏电场（站）设计建设为核心；自动化控制系统研发生产，半导体器件研发销售及3C 产品生产配套服务为外围；全心全力服务与用户共同发展的业务格局。

关键词：