隨著半導體工藝的特徵尺寸日益逼近理論極限，摩爾定律對半導體行業的加速度已經明顯放緩。未來半導體技術的提升，除了進一步榨取摩爾定律在製造工藝上的最後的“剩餘價值”外，尋找硅以外的新一代半導體材料，則成了一個重要的方向。在這個過程中，氮化鎵近年來作為一個高頻詞彙，進入了人們的視野。
氮化鎵是不是新物種
氮化鎵的分子式為GaN，是半導體行業內公認的一種第三代半導體材料。芯片內部的氮化鎵，與硅、砷化鎵為代表的第一、二代半導體材料相比，GaN具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電壓以及更快的飽和電子漂移速率等物理性質。
雖然近來GaN的熱度和呼聲很高，但事實上這種材料並非新生物種。其實，早在100多年前GaN就被發現了，並在20世紀90年代被用於製作藍光LED。不過受限於當時的製程工藝，GaN並沒有被廣泛運用。
氮化鎵為什麼會如此搶手
1.GaN在5G方面的應用
射頻氮化鎵技術是5G的絕配，基站功放使用氮化鎵。氮化鎵、砷化鎵和磷化銦是射頻應用中常用的半導體材料。
與砷化鎵和磷化銦等高頻工藝相比，氮化鎵器件輸出的功率更大；與碳化硅等功率工藝相比，氮化鎵的頻率特性更好。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；與硅或者其他器件相比，氮化鎵速度更快。GaN可以實現更高的功率密度，對於既定功率水平，GaN具有體積小的優勢。有了更小的器件，就可以減小器件電容，從而使得較高帶寬系統的設計變得更加輕鬆。
從目前的應用上看，功率放大器主要由砷化鎵功率放大器和互補式金屬氧化物半導體功率放大器組成，其中又以GaAs PA為主流。但隨著5G的到來，砷化鎵器件將無法滿足在如此高的頻率下保持高集成度。
於是，GaN成為下一個熱點。氮化鎵作為一種寬禁帶半導體，可承受更高的工作電壓，意味著其功率密度及可工作溫度更高，因而具有高功率密度、低能耗、適合高頻率等特點。
2.GaN在快充市場的應用
隨著電子產品的屏幕越來越大，充電器的功率也隨之增大，尤其是對於大功率的快充充電器，使用傳統的功率開關無法改變充電器的現狀。
而GaN技術可以做到，因為它是目前全球最快的功率開關器件，並且可以在高速開關的情況下仍保持高效率水平，能夠應用於更小的元件，應用於充電器時可以有效縮小產品尺寸。
3.GaN在無人駕駛技術中的應用
讓人感到興奮並可瞥見未來的自動駕駛，也是GaN的應用領域。在車頂上安裝了用作車輛的“眼睛”的激光雷達（LiDAR）系統。LiDAR器件快速發射出控制光束，以及紀錄光束從一個物體上反射回來到傳感器的時間，並且可以確定這個物體的方向，從而製成在車輛四周的三維360度全景。激光光束的發射速度越快，LiDAR系統識別物體的能力或場景的分辨率將會更高。
GaN技術在LiDAR系統中發揮非常重要的作用，相較MOSFET器件而言，開關速度快十倍，使得LiDAR系統具備優越的解像度及更快速反應時間等優勢，由於可實現優越的開關轉換，因此可推動更高準確性。這些性能推動全新及更廣闊的LiDAR應用領域的出現包括支持電玩應用的偵測實時動作、以手勢驅動指令的計算機及自動駕駛汽車等應用。
4.GaN在國防工業中的應用
GaN在國防工業中的應用前景也很廣闊，雷神宣佈將開始在新生產的GEM-T攔截器中使用氮化鎵計算機芯片，以取代目前在導彈發射器中使用的行波管。雷神希望通過使用GaN芯片升級GEM-T的發射器，提高攔截器的可靠性和效率。此外，在新生產導彈中過渡到GaN意味著發射器不需要在攔截器的使用壽命期間更換。
新發射器具有與舊發射器相同的外形和功能，不需要額外的冷卻，並且可以在通電幾秒鐘內運行。這意味著採用新型GaN發射器的GEM-T將能夠繼續在最苛刻的條件下運行。
這種發射器技術也可能會在其他導彈上看到其他測試。陸軍表示有興趣用這些類型的發射器取代整個庫存，在GEM-T計劃中採用這些發射器能夠將修復成本降低36％。
目前，氮化鎵已經擁有了足夠廣闊的應用空間。作為第三代半導體新技術，也是全球各國爭相角逐的市場，並且市面上已經形成了多股氮化鎵代表勢力。
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