GaN 和 SiC 属复合半导体，与带隙为 1.12 电子伏特 (eV) 的硅相比，其带隙分别为 3.4 eV 和 3.3 eV，高出约三倍。这意味着两者都能支持更高的电压和更高的频率。
GaN 更高的电子迁移率使之更适合于高性能、高频率应用。GaN
功率 FET 实现了更快的开关速度和更高的工作频率，从而改善了信号控制，实现了截止频率更高的无源滤波器设计，并降低了纹波电流。这样就可以使用更小的电感、电容和变压器，从而减少了整体尺寸和重量。
GaN FET 被称为高电子迁移率晶体管 (HEMT)。高电子迁移率是 FET 结构的一个功能（图 1）。
图 1：基于硅基底的 GaN FET 横截面图。（图片来源：Nexperia）
GaN FET 利用的是现有的硅
CMOS 生产设施，因此性价比高。在纯 GaN 层生长之前，通过沉积种子层和作为隔离层的氮化镓铝
(AlGaN) 缓变层（图中未显示），在硅基底上形成氮化镓层。第二个 AlGaN 层则沉积在 GaN 层上面。这样就建立了压电极化，紧接着在 AlGaN 下面产生过量的电子，这是一个高度导电的通道。这种过量的电子称为二维电子气 (2DEG)。这个名字反映了在该层中有非常高的电子迁移率。
栅极下面形成了一个耗尽区。栅极的操作类似于一个 N 沟道、增强模式功率硅
MOSFET。在该器件栅极施加一个正电压即可导通。
重复多次这种结构，即可形成一个电源器件。最终形成一个绝对简单、优雅的高性价比电源开关解决方案。
为了让器件电压更高，可增加漏极和栅极之间的距离。由于 GaN 2DEG 的电阻率非常低，与硅器件相比，增加阻断电压能力对导通电阻的影响要小得多。
GaN FET 的工作模式可以构造为两种配置，即增强模式或耗尽模式。增强模式
FET 是常闭的，因此必须在栅极上施加相对于漏极/源极的正电压，以使
FET 导通。耗尽型 FET 是常开的，因此必须施加相对于漏极/源极的负栅极电压来关断 FET。耗尽型 FET 在电源系统中是有问题的，因为在给系统通电之前，必须对氮化镓耗尽型 FET 施加负偏压。
解决这个问题的一个方法是将低压硅 FET 与耗尽型 GaN FET 组合在一个共源共栅放大电路配置中（图 2）。
图 2：低压硅 MOSFET 与耗尽型 GaN FET 的共源共栅配置，会使硅栅结构的稳健性与 GaN 器件的高压时钟特性得到改善，并且使用耗尽型 GaN FET 时让复合器件在上电时关断。（图片来源：Nexperia）
该共源共栅放大电路采用了 Si MOSFET 栅极结构，其优点是与现有的
MOSFET 栅极驱动器 IC 相匹配的栅极驱动极限更高，而且耗尽型
GaN FET 在上电时是关断的。
GaN FET 的主要特点之一就是其高效率。这是由于：低串联电阻降低了传导损耗；它们的开关速度较快，降低了开关损耗；以及它们的反向恢复电荷较少，这也是它们的反向恢复损耗较低的原因。
使用常见的半桥升压转换器拓扑时，可以比较 GaN FET 和 Si MOSFET 的效率差异（图 3）。
图 3：图示为一个半桥升压转换器的原理图，用于比较 Si MOSFET 和 GaN FET 的效率，通过用每种类型器件替换晶体管 Q1 和 Q2 即可。（图片来源：Nexperia）
当然，移动设备制造商可以通过在电源输入和电池充电电路之间插入一个充电泵来克服这种限制。例如，为了支持 7.5 A 充电系统，旅行适配器可以在 4 A 条件下提供 10 V 电压，因此依靠典型的一分为二型充电泵在约 8 A 电流下可向充电电路输出 5 V 电压。这种方法可以使旅行适配器在保持兼容
USB-C 的电流水平的同时，提高 USB-C 电压
(VBUS)。
提高充电功率需要更有效的控制
能够支持大于 5 V 的
VBUS 使这种高电压、低电流方法得以使用。USB PD 2.0 规范定义了一系列固定的功率传输对象
(PDO)，这些对象指定了固定的电压水平（5、9、15 和 20 V）和电流（3
或 5 A) 组合。
