半導(dǎo)體行業(yè)在摩爾定律的“魔咒”下已經(jīng)狂奔了50多年，一路上挾風(fēng)帶雨的，好不風(fēng)光。不過隨著半導(dǎo)體工藝的特征尺寸日益逼近理論極限，摩爾定律對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的加速度已經(jīng)明顯放緩，為獲得更細(xì)小“線寬”的投資，未必能夠帶來更劃算的收益。

所以未來半導(dǎo)體技術(shù)的提升，除了進(jìn)一步榨取摩爾定律在制造工藝上最后一點(diǎn)“剩余價(jià)值”外，尋找硅（Si）以外新一代的半導(dǎo)體材料，也就成了一個(gè)重要方向。在這個(gè)過程中，氮化鎵（GaN）近年來作為一個(gè)高頻詞匯，進(jìn)入了人們的視野。

GaN和SiC同屬于第三代高大禁帶寬度的半導(dǎo)體材料，和第一代的Si以及第二代的GaAs等前輩相比，其在特性上優(yōu)勢(shì)突出（見表1）。表中這些貌似高深的參數(shù)，最終會(huì)給半導(dǎo)體器件性能帶來哪些直接影響，我們不妨“翻譯”一下。

由于禁帶寬度大、導(dǎo)熱率高，GaN器件可在200℃以上的高溫下工作，能夠承載更高的能量密度，可靠性更高；較大禁帶寬度和絕緣破壞電場(chǎng)，使得器件導(dǎo)通電阻減少，有利與提升器件整體的能效；電子飽和速度快，以及較高的載流子遷移率，可讓器件高速地工作。

因此，利用GaN人們可以獲得具有更大帶寬、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小的半導(dǎo)體器件，這與半導(dǎo)體行業(yè)一貫的“調(diào)性”是吻合的。

表1，不同半導(dǎo)體材料特性對(duì)比

與GaN相比，實(shí)際上同為第三代半導(dǎo)體材料的SiC的應(yīng)用研究起步更早，而之所以GaN近年來更為搶眼，主要的原因有兩點(diǎn)。

首先，GaN在降低成本方面顯示出了更強(qiáng)的潛力，目前主流的GaN技術(shù)廠商都在研發(fā)以Si為襯底的GaN的器件，以替代昂貴的SiC襯底。有分析預(yù)測(cè)到2019年GaN MOSFET的成本將與傳統(tǒng)的 Si器件相當(dāng)，屆時(shí)很可能出現(xiàn)一個(gè)市場(chǎng)拐點(diǎn)。

其次，由于GaN器件是個(gè)平面器件，與現(xiàn)有的Si半導(dǎo)體工藝兼容性強(qiáng)，這使其更容易與其他半導(dǎo)體器件集成，比如有廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)IC和GaN開關(guān)管的集成，進(jìn)一步降低用戶的使用門檻。

正是基于GaN的上述特性，越來越多的人看好其發(fā)展的后勢(shì)。特別是在幾個(gè)關(guān)鍵市場(chǎng)中，GaN都表現(xiàn)出了相當(dāng)?shù)臐B透力。

射頻（RF）領(lǐng)域?qū)⑹荊aN的主戰(zhàn)場(chǎng)。有分析指出，與目前在RF領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的LDMOS器件相比，采用0.25微米工藝的GaN器件頻率可高達(dá)其4倍，帶寬可增加20%，功率密度可達(dá)6-8W/mm（LDMOS為1~2W/mm），且無故障工作時(shí)間可達(dá)100萬小時(shí)，更耐用，綜合性能優(yōu)勢(shì)明顯。5G的商用無疑會(huì)是GaN在射頻市場(chǎng)發(fā)展的一個(gè)驅(qū)動(dòng)力。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole的預(yù)測(cè)，受5G網(wǎng)絡(luò)部署的拉動(dòng)，全球RF功率器件市場(chǎng)在2016年到2022年間將增長(zhǎng)75%，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到9.8%；GaN將在未來5~10年成為3W以上RF功率應(yīng)用的主流技術(shù)，而LDMOS的整體市場(chǎng)規(guī)模將下降到15%以下。

與此同時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在其他RF領(lǐng)域，也都會(huì)有GaN的身影，作為重要的升級(jí)換代技術(shù)，向原有的半導(dǎo)體器件發(fā)起挑戰(zhàn)（詳見表2）。從表2中可以看出，除了雷達(dá)等性能敏感型的應(yīng)用，低成本的Si基GaN都有涉足，無疑會(huì)成為GaN開疆?dāng)U土的“功臣”。

在電力電子領(lǐng)域，GaN也找到了自己的位置。通常大家認(rèn)為，由于材料特性的差異，SiC適用于高于1200V以上的高電壓大功率應(yīng)用，而GaN器件更適合于40-1200V的高頻應(yīng)用，GaN 在 600V/3KW 以下的應(yīng)用場(chǎng)合更占優(yōu)勢(shì)，在微型逆變器、伺服器、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、UPS等領(lǐng)域與傳統(tǒng)的MOSFET或IGBT展開競(jìng)爭(zhēng)，讓電源產(chǎn)品更為輕薄、高效。

而GaN的這個(gè)定位也更有利于其向消費(fèi)類市場(chǎng)的滲透，這后面的市場(chǎng)空間就更為可觀了。

同時(shí)，也有人看好GaN單晶襯底在光電子領(lǐng)域的應(yīng)用，比如在激光顯示方面的應(yīng)用前景，認(rèn)為這會(huì)與VR/AR等新興行業(yè)形成互動(dòng)，開辟出新的應(yīng)用領(lǐng)域。

如果我們將半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展看做是一臺(tái)大戲，與目前絕對(duì)的主角Si材料這樣的“老戲骨”相比，GaN還是一個(gè)初出茅驢的“小鮮肉”，但是TA在自己的“戲碼”中，已經(jīng)逐漸挑起了大梁，扮演著當(dāng)仁不讓的角色，未來GaN的市場(chǎng)“吸粉”能力不容小覷。當(dāng)前，各個(gè)“玩家”圍繞GaN的卡位和布局已經(jīng)展開，好戲還在后頭。