GaN功率電子分立器件產(chǎn)品類型的簡介以及其特點和優(yōu)勢分析

氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)并稱為第三代半導體材料的雙雄。氮化鎵具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、化學穩(wěn)定性好（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質(zhì)和強的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。

氮化鎵材料特點及優(yōu)勢分析

資料來源：新思界產(chǎn)業(yè)研究中心

相較于傳統(tǒng)硅材料，碳化硅和氮化鎵更適用于高壓工作場合，其中，碳化硅更適合高溫應用場合，氮化鎵由于高速電子遷移的特點更適用于高頻工作場合。

國內(nèi)對GaN功率器件的研究起步較晚，主要由一些科研院所及高校在國家相關(guān)科技計劃的支持下開展相關(guān)研究，功率器件研究重點也更多集中在GaN微波功率器件領(lǐng)域。

與氮化鎵高功率半導體器件具有優(yōu)異的物理性能，其在微波集成電路領(lǐng)域、高壓和高功率領(lǐng)域得到了廣泛應用。氮化鎵高功率半導體器件也開始應用于變頻器、穩(wěn)壓器、變壓器、無線充電等領(lǐng)域。由于氮化鎵高功率半導體器件具有低導通損耗、高電流密度等優(yōu)異的物理特性，使得通訊系統(tǒng)可顯著減少電力損耗和散熱負載，運作成本可以大幅降低。

根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2016-2021年中國氮化鎵功率電子分立器件市場發(fā)展投資分析報告》顯示，2016年國內(nèi)氮化鎵功率電子分立器件市場需求規(guī)模僅為0.62億元，氮化鎵功率電子分類器件相關(guān)產(chǎn)業(yè)成熟度還很低，國內(nèi)供應規(guī)模遠低于需求規(guī)模，基本產(chǎn)品全部依賴國外進口。

與SiC 器件類似，GaN 電力電子器件是半導體器件的另一研究熱點。國內(nèi)外市場上GaN功率電子分立器件產(chǎn)品類型為氮化鎵二極管和氮化鎵MOSFET。

目前，GaN功率二極管以SBD二極管為主。其中，橫向結(jié)構(gòu)利用AlGaN/GaN 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，在不摻雜的情況下就可以產(chǎn)生電流，是目前氮化鎵功率電子器件主要結(jié)構(gòu)。但橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)增加了器件的面積以及成本，并且器件的正向電流密度普遍偏小。而且橫向結(jié)構(gòu)一般應用于600V以下電壓環(huán)境，亟需開發(fā)新一代垂直結(jié)構(gòu)GaN功率二極管。

新思界產(chǎn)業(yè)研究人員指出，90%以上的射頻GaN器件的襯底都是SiC，因為SiC和GaN的晶格匹配度非常不錯，而且SiC還有GaN需要的高熱導率的性能。目前，國內(nèi)氮化鎵器件主要有碳化硅基和硅基，MACOM公司是全球唯一在射頻領(lǐng)域采用硅基氮化鎵（GaN on Si）技術(shù)的供應商，其他廠商均采用碳化硅基氮化鎵（GaN on SiC）。