理论性能远超SiC？GaN功率二极管的发展历程
氮化镓功率器件的大规模应用，是从2018年开始的。自手机快充功能在市场上迅速普及，经过数年的发展，氮化镓hemt器件早已被广泛应用到快速充电器等应用中。
当然在此之前，氮化镓在半导体领域还是主要被用于光电领域以及射频领域。比如蓝、绿、白光led、蓝紫光激光器等，射频领域的大功率功放管、pa、mmic等，氮化镓都是重要材料之一。
不过如果聚焦功率领域，可以发现氮化镓与碳化硅不同之处在于，碳化硅市场上有晶体管和二极管两种类型的器件，而氮化镓目前的功率产品主要是hemt，几乎没有氮化镓二极管的产品出现。而一些大功率的电源适配器中，往往会采用氮化镓 hmet配合碳化硅sbd的组合。
gan sbd发展历程
但实际上，关于gan sbd，甚至是gan mosfet等器件的开发业界也一直有研究，gan sbd更是早已有厂商推出相关产品。
早在1999年，加州理工学院的bandic等人首次发表了关于gan sbd的研究论文，在这篇论文中，他们研究了器件的基本结构，并做出了击穿电压为450v，正向导通压降为4.2v的gan sbd。
到了2001年，弗罗里达州立大学便通过设置p型保护环和场版结构将反向击穿电压做到了1000v。
2007年，velox公司和意法半导体合作，首次将耐压600v的电源用gan sbd产品推出市场，成为了第一款商业化的gan sbd产品。随后在2010年，velox被pi收购，而这个时候也有更多厂商加入到gan sbd的开发中。
在早期，氮化镓器件因为衬底片制造上的限制，大多都在蓝宝石衬底上外延出gan外延层，再在外延层上制造器件。但蓝宝石是绝缘体，难以实现垂直型的导电结构。考虑到大电流通过的需求，gan sbd也大多为平面型结构。
不过随着材料技术的发展以及理论研究的进一步完善，gan sbd器件也有了新的进展。2010年，日本的powdec kk公司推出垂直型gan sbd，它采用了特殊的蓝宝石衬底剥离技术，实现了高于600v的反向击穿电压、低于现有硅基电力电子器件100倍的通态电阻以及50%的功率损耗。
即使如此其实也距离gan sbd的理论性能相差甚远，gan sbd理论上的性能，比如导通电阻、击穿电压等都要大幅领先于sic sbd。在相同的耐压值下，gan sbd的导通电阻可以是sic sbd的十分之一。
在2015年，松下宣布开发出gan 二极管，能够支持四倍于传统碳化硅二极管的工作电流，同时其低开启电压的特性也支持二极管在低电压下工作。松下提出了一种具有p型层（具有成型加工的槽）的混合型氮化镓二极管，并研发了一种加工技术，可有选择性地移除n型层上的p型层，从而实现大工作电流和低开启电压，同时实现1.6kv的击穿电压。
2021年，苏州晶湛半导体宣布其研发的gan sbd击穿电压超过10kv，是全球范围有史以来报道中实现的最高值。晶湛与美国弗吉尼亚理工大学电力电子技术中心（cpes）合作，采用了晶湛的新型多沟道algan/gan异质结构外延片，以及pgan降低表面场技术（resurf)。
通过mocvd方法在4英寸的蓝宝石衬底上单次连续外延实现，无需二次外延，由于采用廉价的蓝宝石衬底和水平器件结构，其器件的制备成本远低于碳化硅同类产品的同时，导通电阻率远低于10kv耐压的sic sbd。
苏州纳米所在2022年也成功基于硅基氮化镓材料，成功研制了1200 v的pn结功率二极管，并且采用了垂直型结构。
在商业化应用上，国内氮化镓idm厂商誉鸿锦在2023年也发布了电压为50v/100v的三款gan sbd产品，采用了垂直结构，具有开启电压低、损耗小、导通电阻率小、成本低、温漂小、高温稳定性好等优势。
小结：
目前在功率二极管方面，gan仍有巨大的应用潜力，不过目前商业应用的进展仍较慢，未有大规模的应用落地。在这其中还有很多问题需要解决，尤其是大功率的器件散热以及随之带来的可靠性问题等。
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不过如果聚焦功率领域，可以发现氮化镓与碳化硅不同之处在于，碳化硅市场上有晶体管和二极管两种类型的器件，而氮化镓目前的功率产品主要是hemt，几乎没有氮化镓二极管的产品出现。而一些大功率的电源适配器中，往往会采用氮化镓 hmet配合碳化硅sbd的组合。
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但实际上，关于gan sbd，甚至是gan mosfet等器件的开发业界也一直有研究，gan sbd更是早已有厂商推出相关产品。
早在1999年，加州理工学院的bandic等人首次发表了关于gan sbd的研究论文，在这篇论文中，他们研究了器件的基本结构，并做出了击穿电压为450v，正向导通压降为4.2v的gan sbd。
到了2001年，弗罗里达州立大学便通过设置p型保护环和场版结构将反向击穿电压做到了1000v。
2007年，velox公司和意法半导体合作，首次将耐压600v的电源用gan sbd产品推出市场，成为了第一款商业化的gan sbd产品。随后在2010年，velox被pi收购，而这个时候也有更多厂商加入到gan sbd的开发中。
在早期，氮化镓器件因为衬底片制造上的限制，大多都在蓝宝石衬底上外延出gan外延层，再在外延层上制造器件。但蓝宝石是绝缘体，难以实现垂直型的导电结构。考虑到大电流通过的需求，gan sbd也大多为平面型结构。
不过随着材料技术的发展以及理论研究的进一步完善，gan sbd器件也有了新的进展。2010年，日本的powdec kk公司推出垂直型gan sbd，它采用了特殊的蓝宝石衬底剥离技术，实现了高于600v的反向击穿电压、低于现有硅基电力电子器件100倍的通态电阻以及50%的功率损耗。
即使如此其实也距离gan sbd的理论性能相差甚远，gan sbd理论上的性能，比如导通电阻、击穿电压等都要大幅领先于sic sbd。在相同的耐压值下，gan sbd的导通电阻可以是sic sbd的十分之一。
在2015年，松下宣布开发出gan 二极管，能够支持四倍于传统碳化硅二极管的工作电流，同时其低开启电压的特性也支持二极管在低电压下工作。松下提出了一种具有p型层（具有成型加工的槽）的混合型氮化镓二极管，并研发了一种加工技术，可有选择性地移除n型层上的p型层，从而实现大工作电流和低开启电压，同时实现1.6kv的击穿电压。
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通过mocvd方法在4英寸的蓝宝石衬底上单次连续外延实现，无需二次外延，由于采用廉价的蓝宝石衬底和水平器件结构，其器件的制备成本远低于碳化硅同类产品的同时，导通电阻率远低于10kv耐压的sic sbd。
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