GaN 技術(shù)可提高效率、縮小尺寸并降低系統(tǒng)成本。光線式距離保持和測(cè)量功能（激光雷達(dá)）使用脈沖激光快速提供車輛周圍環(huán)境的高分辨率 360°三維圖像，GaN 技術(shù)可使激光信號(hào)發(fā)送速度遠(yuǎn)高于同類硅 MOSFET 器件?；?GaN 的激光雷達(dá)使自主駕駛車輛能夠看得更遠(yuǎn)、更快、更好，從而成為車輛眼睛。

GaN 優(yōu)勢(shì)明顯，5G 時(shí)代擁有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景

氮化鎵（GaN）是極其穩(wěn)定的化合物，又是堅(jiān)硬和高熔點(diǎn)材料，熔點(diǎn)為 1700℃。GaN 是一種 III/V 直接帶隙半導(dǎo)體，通常用于微波射頻、電力電子和光電子三大領(lǐng)域。
具體而言，微波射頻方向包含了 5G 通信、雷達(dá)預(yù)警、衛(wèi)星通訊等應(yīng)用；電力電子方向包括了智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費(fèi)電子等應(yīng)用；光電子方向包括了 LED、激光器、光電探測(cè)器等應(yīng)用。
基于 GaN 的激光雷達(dá)使自主駕駛車輛能夠看得更遠(yuǎn)


由于材料特性的差異，SiC 在高于 1200V 的高電壓、大功率應(yīng)用具有優(yōu)勢(shì)，而 GaN 器件更適合 40-1200V的高頻應(yīng)用，尤其是在 600V/3KW 以下的應(yīng)用場(chǎng)合。因此，在微型逆變器、伺服器、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、UPS 等領(lǐng)域，GaN 可以挑戰(zhàn)傳統(tǒng) MOSFET 或 IGBT 器件的地位。GaN 讓電源產(chǎn)品更為輕薄、高效。

現(xiàn)行汽車的特點(diǎn)和功能是耗電和電子驅(qū)動(dòng)，給傳統(tǒng)的 12V 配電總線帶來(lái)了額外負(fù)擔(dān)。對(duì)于 48V 總線系統(tǒng)，GaN 技術(shù)可提高效率、縮小尺寸并降低系統(tǒng)成本。

激光雷達(dá)技術(shù)的技術(shù)難題在于激光器難以在用短脈沖發(fā)射激光束的同時(shí)維持高峰值功率，然而，這卻是確保激光雷達(dá)遠(yuǎn)程測(cè)距安全及高分辨的必要條件。而光線式距離保持和測(cè)量功能（激光雷達(dá)）使用脈沖激光快速提供車輛周圍環(huán)境的高分辨率 360°三維圖像，GaN 技術(shù)可使激光信號(hào)發(fā)送速度遠(yuǎn)高于同類硅 MOSFET 器件。

基于 GaN 的激光雷達(dá)使自主駕駛車輛能夠看得更遠(yuǎn)、更快、更好，從而成為車輛眼睛。此外，GaN FET 工作效率高，能以低成本實(shí)現(xiàn)最大的無(wú)線電源系統(tǒng)效率。

Velodyne固態(tài)激光雷達(dá)采用了氮化鎵（GaN）單片集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用自定義專用IC，來(lái)加固組件和縮小傳感器體積，從而進(jìn)一步提升可靠性和降低成本。

激光雷達(dá)的光源采用紅外激光器，通過(guò)創(chuàng)建世界的實(shí)時(shí)3D圖像來(lái)為自動(dòng)駕駛汽車提供導(dǎo)航能力。脈沖激光器與單點(diǎn)像素光電探測(cè)器，或飛行時(shí)間（ToF）圖像傳感器與高功率激光器提供的閃光照明，用以創(chuàng)建3D圖像。激光雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量激光往返于自動(dòng)駕駛車輛與目標(biāo)物體的時(shí)間，換算為兩者間的距離。

增加激光器功率，可以讓3D地圖從更遠(yuǎn)的距離捕捉更多的物體和場(chǎng)景，對(duì)激光雷達(dá)制造商來(lái)說(shuō)很有吸引力。不過(guò)，人眼安全是主要考量點(diǎn)，因此極短的脈沖至關(guān)重要。高頻發(fā)射的脈沖（每秒超過(guò)100萬(wàn)次）產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，信號(hào)質(zhì)量更佳，這是因?yàn)樾旁氡扰c脈沖數(shù)量的平方根成正比。因此，快速上升和下降的時(shí)間至關(guān)重要。

歐司朗與GaN Systems合作，為驅(qū)動(dòng)四通道激光器提供理想GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管

去年，歐司朗和GaN Systems（位于加拿大Kanata）合作，采用每個(gè)通道為120 W的激光器進(jìn)行四通道表面貼裝（SMT）封裝，峰值功率大于480 W，約2ns的半高全寬（FWHM）脈沖，上升和下降時(shí)間小于1 ns（見(jiàn)圖1）。

圖1：905 nm四通道SMT封裝的激光器峰值功率超過(guò)480 W
氮化鎵（GaN）則是一種完美集合了各向關(guān)鍵特性的寬帶隙半導(dǎo)體，能夠在汽車認(rèn)證溫度條件下提供高電子遷移率（見(jiàn)表2）。此外，SiC和GaN都具有較高的臨界場(chǎng)值，從而防止擊穿，降低漏電流。GaN的熱導(dǎo)率高（300 K時(shí)，約為硅熱導(dǎo)率的3.5倍）、電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度高（是硅的12倍）和帶隙寬（是硅的3倍），使其成為高溫、高功率和高頻環(huán)境下的理想材料。
GaN成為制造高功率、快速開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的理想材料，場(chǎng)效應(yīng)晶體管被驅(qū)動(dòng)后，允許電流同時(shí)通過(guò)四個(gè)高功率激光通道，從而在短脈沖時(shí)間內(nèi)獲得所需的480 W的光功率。
表2：常見(jiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管襯底材料特性對(duì)比

用于高強(qiáng)度 LED 前照燈時(shí)，GaN 技術(shù)可提高效率，改善熱管理并降低系統(tǒng)成本。而更高的開(kāi)關(guān)頻率允許在 AM 波段以上工作并降低 EMI。綜合來(lái)看，GaN 在汽車電子方面擁有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景

在常用半導(dǎo)體工藝中，CMOS 低功耗、高集成度、低成本等優(yōu)勢(shì)顯著。SiGe 工藝兼容性優(yōu)勢(shì)突出，幾乎能與硅半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路行業(yè)中的所有新工藝技術(shù)兼容。GaAs 在高功率傳輸領(lǐng)域具有優(yōu)異的物理性能。
GaN 在高溫、高頻、大功率射頻組件應(yīng)用獨(dú)具優(yōu)勢(shì)?；诠暮统杀镜纫蛩?，消費(fèi)終端產(chǎn)品明顯更多采用 CMOS技術(shù)；CPE 采用 CMOS 和 SiGe BiCMOS；低功耗接入點(diǎn)則采用 CMOS、SiGe BiCMOS 和 GaAs；而高功率基站領(lǐng)域則是 GaAs 和 GaN 的天下。

GaN 非常適合毫米波領(lǐng)域所需的高頻和寬帶寬，可滿足性能和小尺寸要求。使用 mmWave 頻段的應(yīng)用將需要高度定向的波束成形技術(shù)，這意味著射頻子系統(tǒng)將需要大量有源元件來(lái)驅(qū)動(dòng)相對(duì)緊湊的孔徑。GaN 非常適合這些應(yīng)用，因?yàn)樾〕叽绶庋b的強(qiáng)大性能是 GaN 最顯著的特征之一。

在高功率放大器方面，LDMOS 技術(shù)由于其低頻限制只在高射頻功率方面取得了很小進(jìn)展。GaAs 技術(shù)能夠在 100GHz 以上工作，但其低導(dǎo)熱率和工作電壓限制了其輸出功率水平。50V GaN/SiC 技術(shù)在高頻下可提供數(shù)百瓦的輸出功率，并能提供雷達(dá)系統(tǒng)所需的堅(jiān)固性和可靠性。HV GaN/SiC 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率，同時(shí)可顯著降低射頻功率晶體管的數(shù)量、系統(tǒng)復(fù)雜性和總成本。

GaN射頻市場(chǎng)將從2018年的6.45億美元增長(zhǎng)到2024年的約20億美元，這主要受電信基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)防兩個(gè)方向應(yīng)用推動(dòng)，衛(wèi)星通信、有線寬帶和射頻功率也做出了一定貢獻(xiàn)。

隨著新的基于GaN的有源電子掃描陣列（AESA）雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)施，基于GaN的軍用雷達(dá)預(yù)計(jì)將主導(dǎo)GaN軍事市場(chǎng)，從2018年的2.7億美元增長(zhǎng)至2024年的9.77億美元，CAGR達(dá)23.91％，具有很大的增長(zhǎng)潛力。

GaN 射頻市場(chǎng)：美日統(tǒng)治，歐洲次之，中國(guó)新進(jìn)

據(jù) Yole 統(tǒng)計(jì)，2019 年全球 3750 多項(xiàng)專利一共可分為 1700 多個(gè)專利家族。這些專利涉及 RF GaN 外延、RF半導(dǎo)體器件、集成電路和封裝等。GaN RF HEMT 相關(guān)專利領(lǐng)域的新進(jìn)入者主要是中國(guó)廠商，例如 HiWafer（海威華芯），三安集成、華進(jìn)創(chuàng)威。

多年來(lái)，功率GaN器件領(lǐng)域一直由EPC、GaN Systems、Transphorm和Navitas等純GaN初創(chuàng)公司主導(dǎo)，他們采用了代工模式，主要和臺(tái)積電（TSMC）、Episil或X-FAB合作。
隨著GaN市場(chǎng)的興起，越來(lái)越多的廠商開(kāi)始涌入。近來(lái)，Innoscience、SanaIC和IGSS GaN等新代工廠也跨入功率GaN器件市場(chǎng)以提供服務(wù)。同時(shí)，英飛凌（Infineon）、松下（Panasonic）和德州儀器（Texas Instruments）等電力電子和電源管理IDM也在加強(qiáng)其產(chǎn)品組合。