越來越多的人在(zai)使用(yong)手機(ji)快(kuai)充充電(dian)器的時候可能不經意間會發現氮(dan)化(hua)鎵(jia)（GaN）這(zhe)(zhe)個(ge)專業名詞，實際(ji)上，正是“氮(dan)化(hua)鎵(jia)”這(zhe)(zhe)一第三(san)代(dai)半導體材料的技術突破(po)，讓第三(san)代(dai)半導體能實現更(geng)多的場(chang)景應用(yong)，例(li)如氮(dan)化(hua)鎵(jia)電(dian)子器件具有(you)高(gao)(gao)頻、高(gao)(gao)轉換效(xiao)率、高(gao)(gao)擊穿電(dian)壓等特性，讓微顯示(shi)、手機(ji)快(kuai)充、氮(dan)化(hua)鎵(jia)汽(qi)車等有(you)了無(wu)限可能。
12月28日，智慧芽旗下智慧芽創新研究中心最新發布《第三代半導體-氮化鎵技術洞察報告》（以下(xia)簡(jian)稱“報(bao)告”），從技術角(jiao)度(du)全面洞(dong)察分析了氮化(hua)鎵這(zhe)一產(chan)業(ye)的誕生、產(chan)業(ye)發展和未來突(tu)破(po)。
氮化鎵產業初步形成
氮化鎵（GaN）主要是指一種由人工合成的半導體材料，是第三代半導體材料的典型代表, 研制微電子器件、光電子器件的新型材料。氮化鎵技術及產業鏈已經初步形成，相關器件快速發展。第三代半導體氮化鎵產業范圍涵蓋氮化鎵單晶襯底、半導體器件芯片設計(ji)、制造(zao)、封測(ce)以(yi)及芯片(pian)等主要(yao)應用場景。
氮化鎵應用范圍廣泛，作為支撐“新基建”建設的關鍵核心器件，其下(xia)游應(ying)用切中(zhong)了 “新(xin)基建”中(zhong)5G基站、特高壓(ya)(ya)、新(xin)能(neng)(neng)源充電(dian)(dian)樁、城際高鐵(tie)等主(zhu)要(yao)領域(yu)。此外，氮化鎵的(de)高效(xiao)電(dian)(dian)能(neng)(neng)轉換(huan)特性，能(neng)(neng)夠幫助(zhu)實現光伏、風電(dian)(dian)（電(dian)(dian)能(neng)(neng)生(sheng)產），直流特高壓(ya)(ya)輸電(dian)(dian)（電(dian)(dian)能(neng)(neng)傳(chuan)輸），新(xin)能(neng)(neng)源汽車、新(xin)能(neng)(neng)源汽車、工業電(dian)(dian)源、機(ji)車牽引、消(xiao)費電(dian)(dian)源（電(dian)(dian)能(neng)(neng)使用）等領域(yu)的(de)電(dian)(dian)能(neng)(neng)高效(xiao)轉換(huan)，助(zhu)力“碳(tan)達(da)峰(feng)，碳(tan)中(zhong)和”目標實現。
從產業(ye)發(fa)展來看(kan)，全(quan)球氮(dan)化(hua)(hua)鎵(jia)產業(ye)規模(mo)呈(cheng)現爆發(fa)式增(zeng)(zeng)長。據(ju)(ju)分析(xi)機(ji)構Yole研究顯(xian)示，在氮(dan)化(hua)(hua)鎵(jia)功率(lv)(lv)器件方面，2020年(nian)的(de)(de)整體(ti)市(shi)場(chang)(chang)規模(mo)為(wei)(wei)0.46億(yi)(yi)美元，受消(xiao)費類電(dian)子(zi)、電(dian)信(xin)及(ji)數據(ju)(ju)通信(xin)、電(dian)動(dong)汽車應用的(de)(de)驅動(dong)，預(yu)計(ji)到2026年(nian)增(zeng)(zeng)長至11億(yi)(yi)美元，復(fu)合(he)年(nian)均增(zeng)(zeng)長率(lv)(lv)為(wei)(wei)70%。值得(de)一提的(de)(de)是，電(dian)動(dong)汽車領域的(de)(de)年(nian)復(fu)合(he)增(zeng)(zeng)長率(lv)(lv)高達(da)185%。在氮(dan)化(hua)(hua)鎵(jia)射頻器件方面，2020年(nian)的(de)(de)整體(ti)市(shi)場(chang)(chang)規模(mo)為(wei)(wei)8.91億(yi)(yi)美元，預(yu)計(ji)到2026年(nian)增(zeng)(zeng)長至24億(yi)(yi)美元，復(fu)合(he)年(nian)均增(zeng)(zeng)長率(lv)(lv)為(wei)(wei)18%。
從產業鏈看，國內氮化鎵產業鏈已基本形成，產業結構相對聚焦中游（如圖1），中國企業紛紛入場，主要代表企業分布在全國各地（如圖2）。
圖1，圖片來源：《第三代(dai)半導體-氮(dan)化鎵技術洞察報告》
圖(tu)2，圖(tu)片來源(yuan)：《第三(san)代半導體-氮化(hua)鎵技術洞察報告(gao)》
中國在氮化鎵技術上起步雖晚發力強勁
智慧芽數據顯示，全球在氮化鎵產業已申請16萬多件專利，有效專利6萬多件（如圖3）。其中，保護類型以發明專利為主，行業技術創新度比較高。報告指出，該領域美日技術實力較強，中美日市場較熱。
圖3，圖片來源：《第三(san)代半導體(ti)-氮化鎵(jia)技術洞察報告》
從技術發展的(de)歷史演進來看，20世紀70年代初出現氮化(hua)(hua)鎵(jia)相(xiang)關專(zhuan)(zhuan)利申請(qing)，1994年之前尚處于探索階段，參與企業較少(shao)；1994-2005年進入快(kuai)速發展期(qi)，主(zhu)要驅動力是LED照明商用化(hua)(hua)；2010年開始，日本(ben)住友、日立等(deng)對氮化(hua)(hua)鎵(jia)襯底大尺寸的(de)突(tu)破(po)和進一步(bu)產品化(hua)(hua)，促進了相(xiang)關專(zhuan)(zhuan)利量的(de)進一步(bu)快(kuai)速增長；自(zi)2014年起，專(zhuan)(zhuan)利申請(qing)量總體趨(qu)于穩步(bu)發展態勢，年專(zhuan)(zhuan)利申請(qing)量基本(ben)維持在(zai)9000件以上，在(zai)這段時期(qi)，可見光LED熱度減退，GaN基FET器件、功(gong)率/射頻(pin)器件、MicroLED等(deng)器件熱度上升。
從氮化鎵領域全球技術布局來看，中國、美國和日本為氮化鎵技術熱點布局的市場。其中，美國和日本起步較早，起步于20世紀70年代初，而中國起步雖晚，但后起發力強勁（如圖4）。值得注意的是，目前全球的氮化鎵技術主要來源于日本。
圖4，圖片來源(yuan)：《第(di)三代半(ban)導體(ti)-氮化鎵(jia)技術洞察報告》
國內外龍頭企業技術洞察對比
報告顯示，全球氮化鎵主要創新主體的龍頭主要集中于日本。氮化鎵產業國外重點企業包括日本住友、美國Cree、德國英飛凌、韓國LG、三星等（如圖5），中國企業代表有，晶元光電、三安光電、臺積電、華燦光電等（如圖6）。但目前中國企業和國外企業相比，專利申請數量仍有一定差距。
圖(tu)5，圖(tu)片來源：《第三代半導體-氮化(hua)鎵技術洞察報告》
圖(tu)6，圖(tu)片來源(yuan)：《第三(san)代半(ban)導體-氮化鎵(jia)技術洞察報告》
在這些企業中，日本住友全球率先量產氮化鎵襯底，是全球氮化鎵射頻器件主要供應商，同時也是華為GaN射頻器件主要供應商之一。住友(you)聚焦于襯(chen)底(di)(di)和器(qi)件方面的研(yan)究(jiu)，其(qi)中，器(qi)件方面近幾年(nian)側重于氮化鎵FET器(qi)件。該(gai)公司的氮化鎵襯(chen)底(di)(di)單晶生長(chang)技(ji)術側重HVPE法，重點解決(jue)襯(chen)底(di)(di)缺陷、尺寸等(deng)難題。此外(wai)，住友(you)在氮化鎵FET器(qi)件上，側重外(wai)延工藝和芯片工藝突破。
圖片來源：《第三(san)代半導體-氮化鎵(jia)技術洞(dong)察報(bao)告》
美國Cree依靠其技術儲備支撐氮化鎵功率器件的市場化。2019年(nian)，Cree逐(zhu)步(bu)剝離LED業務，專注(zhu)于(yu)碳化硅電力電子器(qi)件和(he)用于(yu)GaN射(she)頻器(qi)件，并(bing)于(yu)2021年(nian)正式(shi)更名為Wolfspeed（原Cree旗下的功率&射(she)頻部門）。在技(ji)術分布上，發(fa)光二極管LED和(he)GaN基FET器(qi)件兩(liang)大方(fang)向(xiang)是Cree重(zhong)要的專利布局領(ling)域。其中，前者的研發(fa)熱度在近(jin)幾年(nian)明顯衰退(tui)，而Cree在后(hou)者的細分領(ling)域中則探索了較多(duo)的技(ji)術難題，注(zhu)重(zhong)器(qi)件多(duo)性能發(fa)展(zhan)。
圖片來源：《第三代半導體-氮化鎵技(ji)術洞察報告》
德國英飛凌持續深耕功率器件領域，且重點關注美國市場。其(qi)前身(shen)作(zuo)為西門子(zi)集團的(de)(de)半導體部門，英飛(fei)凌主(zhu)要生(sheng)產IGBT、功率(lv)MOSFET、HEMT、DC-DC轉(zhuan)(zhuan)換(huan)器、柵極(ji)驅(qu)動IC、AC-DC電源(yuan)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)器等功率(lv)半導體器件，曾連續(xu)10年(nian)居(ju)全球功率(lv)半導體市場(chang)之首(shou)。在(zai)氮化鎵領域，英飛(fei)凌的(de)(de)技術分布于集中(zhong)(zhong)產業鏈中(zhong)(zhong)游——器件模(mo)(mo)組，持(chi)續(xu)關注(zhu)GaN基FET、IGBT等功率(lv)元(yuan)器件，以及由多個功率(lv)元(yuan)器件集成的(de)(de)功率(lv)模(mo)(mo)塊（如電源(yuan)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)器）的(de)(de)研發。總體而(er)言，英飛(fei)凌在(zai)功率(lv)模(mo)(mo)塊、GaN基FET器件上布局的(de)(de)專利(li)最多。
圖(tu)片來源：《第(di)三代半(ban)導體-氮化鎵技(ji)術洞察報(bao)告(gao)》
國內LED龍頭“三安光電”在氮化鎵領域有一定技術儲備。三安(an)(an)光電(dian)是(shi)目前國內規模(mo)最大的LED外延片、芯(xin)片企業。2014年(nian)，該(gai)公司(si)投(tou)資(zi)建設氮(dan)(dan)化(hua)(hua)鎵高功(gong)率半導體項目；2018年(nian)，在(zai)(zai)福建泉州斥資(zi)333億元投(tou)資(zi)Ⅲ-Ⅴ族化(hua)(hua)合物(wu)半導體材(cai)料(liao)、LED外延、芯(xin)片、微(wei)波(bo)集成電(dian)路、光通訊、射頻濾波(bo)器(qi)等(deng)產業。在(zai)(zai)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)鎵領(ling)域(yu)，三安(an)(an)光電(dian)同樣集中于(yu)產業鏈(lian)中游——器(qi)件模(mo)組的研究。其布局的器(qi)件類型主要包括可見光LED、紫外LED、Micro/Mini LED和GaN基FET。2016年(nian)后(hou)，三安(an)(an)光電(dian)對(dui)可見光LED的專(zhuan)利(li)申(shen)請量逐漸下降，并(bing)開(kai)始(shi)增(zeng)加對(dui)Micro/Mini LED、GaN基FET的專(zhuan)利(li)申(shen)請。
圖(tu)片來源：《第三代(dai)半(ban)導體(ti)-氮化鎵技術洞察報告》
此外，智慧(hui)芽推出的氮化鎵（GaN）專利情(qing)報監控分析成果(guo)已落地形成IT平(ping)臺系統，可實(shi)現(xian)日常(chang)更新、監控和查閱，確保分析結(jie)果(guo)持(chi)續為行業研發創新和知(zhi)識產權情(qing)報管(guan)理發揮價(jia)值(zhi)。
