氮化鎵（GaN） 是由氮和鎵組成的一種半導體材料，因為其禁帶寬度大于2.2eV，又被稱為寬禁帶半導體材料。它是微波功率晶體管的優良材料，也是藍色光發光器件中的一種具有重要應用價值的半導體。GaN材料的研究與應用是目前全球半導體研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料。

氮化鎵延片可分為同質外延片與異質外延片。在氮化鎵單晶襯底上生長的化為同質外延片，生長在其他襯底材料上為異質外延片。

什么叫氮化鎵異質外延片？

在氮化鎵單晶襯底上長氮化鎵外延層我們稱為同質外延，在其他襯底材料上長氮化鎵我們稱為異質外延片。

目前包括藍寶石，碳化硅，硅等是氮化鎵外延片主流的異質襯底材料。

其中藍寶石基氮化鎵外延片只能用來做LED；硅基氮化鎵可以做功率器件和小功率的射頻；碳化硅基本氮化鎵可以制造大功率LED、功率器件和大功率射頻芯片。

本次小米發售的快充頭，就是硅基氮化鎵做的功率器件的一個典型應用場景。

為什么同是外延片，應用差異這么大？

氮化鎵外延片的用來制造器件有很多具體的指標，包括晶格缺陷、徑向偏差、電阻率、摻雜水平、表面粗糙度、翹曲度等，在不同的襯底材料長的外延層晶體質量差別較大。

其中氮化鎵和3C碳化硅，有著非常接近的晶格體系，兩者適配度非常高，超過95%，因此碳化硅襯底上長氮化鎵外延，外延層質量非常好，可以用來做高端產品，包括大射頻功率、大功率器件、大功率LED、激光雷達等。

硅和氮化鎵晶體適配度非常低，不到83%，因此硅上無法直接長外延層。需要長多道緩沖層來過渡，因此外延層質量水平就比碳化硅基差不少，因此硅基氮化鎵只能用來做小功率射頻，中小功率器件。

藍寶石基氮化鎵，因為襯底材料的問題，無法應用到射頻和功率領域，只能用作普通的LED燈。

雖然都是氮化鎵外延片，但是由于襯底材料的不同，外延層晶體質量差異較大，應用也不盡相同。

藍寶石片最便宜，硅基次之，碳化硅較貴，氮化鎵最貴。

此外商業場景應用，還需要考慮成本的問題

目前常用的襯底材料包括藍寶石、 碳化硅、硅與金剛石。其中硅基氮化鎵（GaN on Si）和碳化硅氮化鎵（GaN on SiC）是未來的主流技術方向。

來源：大國之材2020，V順勢有為綜合整理

審核編輯 ：李倩