氮化鎵（GaN）作為第三代半導(dǎo)體材料，主要應(yīng)用范圍包括新能源充電樁、5G基站、城際高鐵和特高壓等領(lǐng)域。氮化鎵材料因為具有高效的電能轉(zhuǎn)換性質(zhì)，在光伏和風(fēng)能發(fā)電、新能源汽車、工業(yè)和消費電源、直流特高壓輸電等領(lǐng)域的使用，能有效減少碳排放，獲得更加經(jīng)濟(jì)高效的能源。
全球氮化鎵器件的市場規(guī)模
目前，在商用市場上，氮化鎵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)出具規(guī)模，相關(guān)電子元器件的發(fā)展也非常迅速，產(chǎn)業(yè)覆蓋范圍包括氮化鎵單晶襯底，氮化鎵芯片設(shè)計、制造和封測等。
根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)的調(diào)查數(shù)據(jù)，2020年全球氮化鎵功率器件的市場規(guī)模僅為0.46億美元。在電信、數(shù)據(jù)通信、電動汽車和消費電子等高增長應(yīng)用的驅(qū)動下，到2026年，氮化鎵功率器件的市場規(guī)模將上升到11億美元，年復(fù)合增長率高達(dá)70%，特別是在電動汽車領(lǐng)域，年復(fù)合增長率將高達(dá)185%。2020年，氮化鎵射頻器件的全球市場規(guī)模為8.91億美元，到2026年這一數(shù)字將上升至24億美元，年化復(fù)合增長率也有18%。
全球氮化鎵器件的主要廠商
目前，全球氮化鎵新技術(shù)的貢獻(xiàn)者主要在日本，國外重點的氮化鎵企業(yè)有日本住友、美國科銳（Cree）、德國英飛凌、韓國三星和LG等。國內(nèi)氮化鎵技術(shù)的代表企業(yè)有華燦光電、臺積電、三安光電和晶元光電等。在氮化鎵專利技術(shù)的數(shù)量上，中國企業(yè)與國外企業(yè)的差距還有點大。
氮化鎵外延晶圓
德國英飛凌一直在功率器件領(lǐng)域深耕，把市場重點主要放在了美國。作為西門子半導(dǎo)體部門的前身，英飛凌的產(chǎn)品主要是各種功率器件，包括DC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-DC電源轉(zhuǎn)換器、功率MOSFET、柵極驅(qū)動IC、IGBT、HEMT等。英飛凌曾連續(xù)十年穩(wěn)坐功率半導(dǎo)體全球第一的寶座。
在氮化鎵器件領(lǐng)域，英飛凌的技術(shù)產(chǎn)品主要在產(chǎn)業(yè)鏈的中游，功率模塊和GaN基FET器件技術(shù)的專利數(shù)量最多。
從2019年開始，美國科銳逐漸剝離了LED業(yè)務(wù)，并將精力主要集中到GaN射頻器件和碳化硅電子器件上。2021年，科銳將旗下的功率射頻部門更名為Wolfspeed?？其J的專利技術(shù)主要集中在LED發(fā)光二極管和GaN基FET器件兩大領(lǐng)域。不過，最近幾年，科銳對發(fā)光二極管LED的研發(fā)投入大幅減少，在GaN基FET器件上取得了不少技術(shù)突破?？其J非常注重器件的多性能發(fā)展，依靠積累的技術(shù)儲備，其氮化鎵功率器件也逐漸走向了市場化。
國內(nèi)企業(yè)中，有一定氮化鎵技術(shù)儲備的是三安光電。作為國內(nèi)LED企業(yè)的老大，三安光電是國內(nèi)最大的LED外延片和LED芯片企業(yè)。從2014年開始，三安光電逐漸布局氮化鎵高功率半導(dǎo)體。2018年，在微波集成電路、射頻濾波器、LED外延、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料、光通訊、芯片等產(chǎn)業(yè)累積投資三百多億元。三安光電在氮化鎵領(lǐng)域的技術(shù)主要集中在器件模塊等產(chǎn)業(yè)鏈中游。
從2016年開始，三安光電逐漸減少了可見光LED的技術(shù)研發(fā)，相應(yīng)的專利申請數(shù)量也不斷減少，但GaN基FET和Micro/Mini LED的研發(fā)投入?yún)s持續(xù)增加，專利申請的數(shù)量也不斷增多。
最后談一下日本住友。住友是在全球范圍內(nèi)，第一個實現(xiàn)氮化鎵襯底量產(chǎn)的企業(yè)，也是全球氮化鎵射頻器件的主要供應(yīng)商。華為的氮化鎵射頻器件就是由住友供應(yīng)的。住友的研發(fā)重點主要在襯底和器件領(lǐng)域，特別是氮化鎵FET器件，是住友這幾年的重點研發(fā)方向之一，側(cè)重于氮化鎵FET芯片工藝突破和外延工藝。氮化鎵襯底單晶生長技術(shù)則側(cè)重于HVPE法。
目前，全球范圍內(nèi)的氮化鎵專利已經(jīng)超過了十六萬件，其中有效的專利也超過了六萬件，主要以發(fā)明專利為主，創(chuàng)新度較高。中、美、日為氮化鎵技術(shù)重點布局的市場，美、日起步雖早于中國，但中國發(fā)展速度更快。
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