一、氮化鎵產(chǎn)業(yè)概述

1、產(chǎn)業(yè)地位

隨著半導(dǎo)體化合物持續(xù)發(fā)展，相較第一代硅基半導(dǎo)體和第二代砷化鎵等半導(dǎo)體，第三代半導(dǎo)體具有高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高電子遷移率、高工作溫度等優(yōu)點(diǎn)。以SiC和GaN為代表物質(zhì)制作的器件具有更大的輸出功率和更好的頻率特性。

半導(dǎo)體基本材料發(fā)展歷程

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2、分類狀況

氮化鎵根據(jù)襯底不同可分為硅基氮化鎵和碳化硅基氮化鎵：碳化硅基氮化鎵射頻器件具有高導(dǎo)熱性能和大功率射頻輸出優(yōu)勢(shì)，適用于5G基站、衛(wèi)星、雷達(dá)等領(lǐng)域；硅基氮化鎵功率器件主要應(yīng)用于電力電子器件領(lǐng)域。雖然基于GaN襯底的GaN器件，在各個(gè)性能指標(biāo)都處于領(lǐng)先水平，但是襯底價(jià)格過(guò)高。所以硅基和碳化硅基的GaN器件將會(huì)率先商用。

氮化鎵器件分類

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基于不同工藝類型GaN器件性能對(duì)比

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二、氮化鎵技術(shù)背景

氮化鎵制備主要分氣相法及熔體法，其中氣相法細(xì)分為氫化物氣相外延法（HVPE）、氣相傳輸法。熔體法細(xì)分為高壓氮?dú)馊芤悍ǎ℉NPSG）、助溶劑法/溶鹽法、氨熱法、提拉法。相較而言，HVPE法厚膜質(zhì)量及生長(zhǎng)速率更高，系主流生方式。HVPE原理：整個(gè)過(guò)程在一個(gè)多層次溫區(qū)熱壁反應(yīng)系統(tǒng)的完成，在溫度為850度溫區(qū)內(nèi)放入金屬Ga，呈液態(tài)，后從熱璧上層注入HCl氣體，形成GaCl氣體，后將CaCl氣體傳送至襯底，在1000-1100度溫度下與氨氣（NH3）反應(yīng)，最終生成GaN晶體。

氮化鎵制備方法對(duì)比

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二、氮化鎵產(chǎn)業(yè)影響因素

1、產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用

氮化鎵器件所用襯底主要包括碳化硅襯底、硅襯底、藍(lán)寶石襯底、氮化鎵襯底。射頻器件可更好的滿足 5G 宏基站、衛(wèi)星通信、微波雷達(dá)、航空航天等軍事/民用領(lǐng)域?qū)ι漕l器件的高要求，硅基氮化鎵功率器件可在大功率快充充電器、新能源車、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速滲透，氮化鎵光電器件在Mini LED、Micro LED、傳統(tǒng) LED 照明領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢(shì)突出。

氮化鎵的主要器件形式及下游應(yīng)用

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2、氮化鎵功率器件

硅基功率器件主要用于25V-6500V和相對(duì)低頻的應(yīng)用范圍，典型應(yīng)用場(chǎng)景包括工控、家電等；碳化硅功率器件的工作電壓介于650V-3300V，主要應(yīng)用于相對(duì)高頻和高壓的場(chǎng)景；氮化鎵器件工作電壓相對(duì)較低，介于80V-600V之間，但具有很好的高頻性能，主要應(yīng)用場(chǎng)景包括快充、高端服務(wù)器、5G通信等領(lǐng)域。隨著消費(fèi)級(jí)快充、新能源汽車、數(shù)據(jù)中心的需求發(fā)展，GaN功率器件市場(chǎng)規(guī)模有望從2020年的0.46億美元增長(zhǎng)至2026年的11億美元（Yole數(shù)據(jù)），對(duì)應(yīng)CAGR為70%。

各類功率器件的適用范圍

資料來(lái)源：英飛凌，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

3、氮化鎵射頻器件

2021年，全國(guó)移動(dòng)通信基站總數(shù)達(dá)996萬(wàn)個(gè)，全年凈增65萬(wàn)個(gè)。其中4G基站達(dá)590萬(wàn)個(gè)，5G基站為142.5萬(wàn)個(gè)，全年新建5G基站超過(guò)65萬(wàn)個(gè)。

受益于在5G通信基站和軍事應(yīng)用的持續(xù)滲透，GaN射頻器件市場(chǎng)規(guī)模有望從2020年的8.91億美元增長(zhǎng)至2026年的24億美元（Yole數(shù)據(jù)），對(duì)應(yīng)CAGR為18%。

2018-2021年中國(guó)4G和5G基站建設(shè)情況

資料來(lái)源：工信部，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

四、氮化鎵產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

1、市場(chǎng)規(guī)模

氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，由于具有高功率、高抗輻射、高效、高頻的特點(diǎn)，可應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)、快速充電、商業(yè)無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施、電力電子和衛(wèi)星市場(chǎng)，前景廣闊。2020年，全球氮化鎵器件市場(chǎng)規(guī)模為184億美元，同比增長(zhǎng)28.7%。

2018-2020年全球氮化鎵器件市場(chǎng)規(guī)模及增長(zhǎng)率

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2、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

就氮化鎵器件市場(chǎng)結(jié)構(gòu)占比而言，光電器件整體成本和價(jià)格較高，成本約是射頻器件和功率器件6倍和90倍左右，導(dǎo)致目前雖然整體氮化鎵滲透率極低，但光電因價(jià)格較高占據(jù)主要市場(chǎng)份額，數(shù)據(jù)顯示，2020年全球氮化鎵器件中光電器件占比超6成，功率器件因價(jià)格較低僅占4.9%。

2020年全球氮化鎵器件細(xì)分類型市場(chǎng)結(jié)構(gòu)占比

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3、滲透率

氮化鎵和碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料整體發(fā)展較晚，滲透率較低。數(shù)據(jù)顯示氮化鎵目前半導(dǎo)體材料滲透率僅在0.2%左右，可發(fā)展規(guī)模較大。目前氮化鎵受限單晶爐產(chǎn)量較低影響，成本遠(yuǎn)高于硅基和碳化硅，但硅基和碳化硅基為襯底的氮化鎵射頻和功率器件成本相對(duì)光電器件較低，是目前滲透率提高的主流方向。

2017-2020年全球半導(dǎo)體材料滲透率

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五、氮化鎵競(jìng)爭(zhēng)格局

1、競(jìng)爭(zhēng)格局

就氮化鎵射頻器件和功率器件競(jìng)爭(zhēng)格局而言，技術(shù)護(hù)城河下目前全球市場(chǎng)集中度較高，射頻器件相較功率器件技術(shù)要求更高導(dǎo)致射頻器件集中度更高。數(shù)據(jù)顯示，2020年全球氮化鎵功率器件前5大廠商為PI、Navitas、EPC、Transphorm和英諾賽科，CR5為88%。2020年全球氮化鎵射頻器件前三大廠商為住友化學(xué)、Wolfspeed、Qorvo，市場(chǎng)份額分別為40%、24%和20%。

2020年全球氮化鎵功率器件市場(chǎng)份額情況

資料來(lái)源：Trendforce，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

2020年全球氮化鎵射頻器件市場(chǎng)份額情況

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六、氮化鎵國(guó)產(chǎn)化發(fā)展趨勢(shì)

1、IDM模式為主

目前氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈行業(yè)龍頭企業(yè)以IDM模式為主，但是設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)已經(jīng)開始出現(xiàn)分工。從氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈公司來(lái)看，國(guó)外公司在技術(shù)實(shí)力以及產(chǎn)能上保持較大的領(lǐng)先。中國(guó)企業(yè)仍處于起步階段，雖已初步形成全產(chǎn)業(yè)鏈布局，但市場(chǎng)份額和技術(shù)水平仍相對(duì)落后。

2、國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程

國(guó)產(chǎn)企業(yè)英諾賽科已建立了全球首條產(chǎn)能最大的8英寸GaN-on-Si 晶圓量產(chǎn)線，目前產(chǎn)能達(dá)到每月1萬(wàn)片/月，并將逐漸擴(kuò)大至7萬(wàn)片/月。大連芯冠科技在氮化鎵功率領(lǐng)域，已實(shí)現(xiàn)6英寸650V硅基氮化鎵外延片的量產(chǎn)，并發(fā)布了比肩世界先進(jìn)水平的650伏硅基氮化鎵功率器件產(chǎn)品；在氮化鎵射頻領(lǐng)域，已著手進(jìn)行硅基氮化鎵外延材料的開發(fā)、射頻芯片的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備工作。

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審核編輯 ：李倩