谁发现了氮化镓半导体材料？这种材料的特性是什么？

　　氮化镓（GaN）是氮和镓化合物，具体半导体特性，早期应用于发光二极管中，其具有宽带隙、高热导率等特点，宽禁带半导体是高温、高频、抗辐射及大功率器件的适合材料。与第一代和第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗辐射 能力，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。

　　GaN材料是1928年由Johason等人合成的一种Ⅲ-V族化合物半导体材料，1969年日本科学家Maruska等人采用氢化物气相沉积技术在蓝宝石衬底表面沉积出了较大面积的氮化镓薄膜，但由于材料质量较差和P型掺杂难度大，一度被认为无应用前景。

　　其性质极其稳定，又是坚硬和高熔点材料，熔点为 1700℃，在大气压力下，GaN晶体一般呈六方纤锌矿结构，因为其硬度大，所以它又是一种良好的涂层保护材料。GaN 具有出色的击穿能力、更高的电子密度和电子速度以及更高的工作温度。GaN 的能隙很宽，为3.4eV，且具有低导通损耗、高电流密度等优势。。

　　GaN材料具有良好的电学特性，宽带隙（3.39ev）、高击穿电压（3×106Vicm）、高电子迁移率（室温1000cm2N-s）、高异质结面电荷密度（1×1013cm-2）等，因而被认为是研究短波长光电子器件以及高温高频大功率器件的最优选材料，相对于硅、砷化家、锗甚至碳化硅器件，GaN器件可以在更高频率、更高功率、更高温度的情况下工作。另外，氮化嫁器件可以在1~110GHz范围的高频波段应用，这覆盖了移动通信、无线网络、点到点和点到多点微波通信、雷达应用等波段。

　　氮化镓的外延生长方法主要有金属有机化学气相沉积MOCVD、氢化物气相外延HVPE、分子束外延MBE。实际上最初氮化镓的生长方法是氢化物气相外延HVPE，是Maruska等人最初用于制作氮化镓外延层的方法。上个世纪七八十年代HVPE方法广泛用于氮化镓生长。

　　仅从物理特性来看，氮化镓比碳化硅更适合做功率半导体的材料。

　　研发人员较了碳化硅和氮化镓的“Baliga性能指数（半导体材料相对于硅的性能数值，即硅为1）”，4H-SiC为500，氮化镓为900、效率极高。此外，碳化硅的绝缘破坏电场强度（表示材料的耐电压特性）为2.8MV/cm，氮化镓更高，为3.3MV/cm。一般情况下，低频工作时的功耗损失是绝缘破坏电场的三次方，高频工作时的功耗损失是绝缘破坏电场的2次方，成反比例关系，所以，氮化镓的功率损耗更低（工作效率更高）。

　　文章整合自 电源网 华强电子网 阿尔法经济研究 电子产品世界