氮化镓芯片的发光原理是什么

大家都知道，第一代半导体材料是硅，主要解决数据运算、存储的问题；第二代半导体是以砷化镓为代表，它被应用到于光纤通讯，主要解决数据传输的问题；第三代半导体则就是以氮化镓为代表，它在电和光的转化方面性能突出，在微波信号传输方面的效率更高，所以可以被广泛应用到照明、显示、通讯等各大领域。

什么是 GaN 氮化镓？

GaN：由镓（原子序数 31） 和氮（原子序数 7） 结合而来的化合物。它是拥有稳定六边形晶体结构的宽禁带半导体材料。

由于 GaN 具有更小的晶体管、更短的电流路径、超低的电阻和电容等优势，GaN 充电器的运行速度，比传统硅器件要快 100 倍。

GaN 在电力电子领域主要优势在于高效率、低损耗与高频率，GaN 材料的这一特性令其在充电器行业大放异彩。

更重要的是，GaN 相比传统的硅，可以在更小的器件空间内处理更大的电场，同时提供更快的开关速度。

此外，氮化镓比硅基半导体器件，可以在更高的温度下工作。

GaN 氮化镓的性能特点

氮化镓（GAN）的性能特点 高性能：主要包括高输出功率、高功率密度、高工作带宽、高效率、体积小、重量轻等。目前第一代和第二代半导体材料在输出功率方面已经达到了极限，而GaN半导体由于在热稳定性能方面的优势，很容易就实现高工作脉宽和高工作比，将天线单元级的发射功率提高10倍。 高可靠性：功率器件的寿命与其温度密切相关，温结越高，寿命越低。

氮化镓芯片的发光原理

氮化镓（GaN）技术并不是一种新的半导体技术，自1990年起就已经常被用在发光二极管中，但成本昂贵。

我们知道的氮化镓材料的发光机制包括以下几种分别是带间跃迁发光、带边跃迁发光、激子复合发光、杂质或缺陷能级跃迁引起的发光等。

氮化镓的格子缺陷很多却能够产生高辉度，主要原因是藉由奈米技术控制组件结构，使得组件的发光效率得以提高，进而获得高辉度。

利用GaN（氮化镓）系半导体的白色发光二极管，做为新世代固态照明灯源是历经无数的转折，十年前包含产官学研界几乎未曾将半导体白色发光二极管纳入考量，虽然有很多研究人员非常关心蓝光LED的发展，却都无视白光LED的应用潜能。

97年利用蓝光LED激发黄色荧光体（YAG；钇、铝、石榴石、铈的混合物），再透过蓝色与黄色荧光体的互补特性，产生二色式拟似白光的LED正式进入量产，加上行动电话的应用促成白光LED全面性的普及，使得白光LED成为全球性的研究主流。

由于白光LED不需使用荧光灯常用的玻璃管、惰性气体、水银、变压器、升压器，所以可以大幅节省能源，取代荧光灯与白炙灯除了可节省能源之外，废弃物的减少对地球环保也有莫大的助益。

氮化镓晶体管通过两种不同禁带宽度（通常是AlGaN和GaN）材料在交界面的压电效应形成的二维电子气（2DEG）来导电，如图所示。由于二维电子气只有高浓度电子导电，因此不存在硅MOSFET的少数载流子复合（即体二极管反向恢复）的问题。

图：氮化镓导电原理示意图

图所示的基本氮化镓晶体管的结构是一种耗尽模式（depletion-mode）的高电子移动率晶体管（HEMT），这意味着在门极和源极之间不加任何电压（VGS=0V）情况下氮化镓晶体管的漏极和元件之间是导通的，即是常开器件。这与传统的常闭型MOSFET或者IGBT功率开关都完全不同，对于工业应用特别是开关电源领域是非常难以使用的。为了应对这一问题，业界通常有两种解决方案，一是采用级联（cascode）结构，二是采用在门极增加P型氮化镓从而形成增强型（常闭）晶体管。

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