越來越多的(de)(de)人(ren)在(zai)使用(yong)(yong)手(shou)機快充充電器的(de)(de)時候可(ke)能不(bu)經意間會發(fa)現氮(dan)(dan)化(hua)鎵(jia)(jia)（GaN）這個專業名詞，實際上，正是(shi)“氮(dan)(dan)化(hua)鎵(jia)(jia)”這一(yi)第三代(dai)半導體(ti)材料的(de)(de)技術突破，讓第三代(dai)半導體(ti)能實現更多的(de)(de)場景應用(yong)(yong)，例如氮(dan)(dan)化(hua)鎵(jia)(jia)電子器件(jian)具有(you)高(gao)頻、高(gao)轉換效率、高(gao)擊穿電壓(ya)等特性，讓微顯(xian)示、手(shou)機快充、氮(dan)(dan)化(hua)鎵(jia)(jia)汽(qi)車等有(you)了無限可(ke)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》（以下簡稱“報告”），從技術(shu)角(jiao)度全面洞察分析了氮化鎵這一產業的誕(dan)生、產業發(fa)展和未來(lai)突破(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、制(zhi)造、封(feng)測(ce)以(yi)及芯片(pian)等主要應用場景。
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，其下游(you)應(ying)用切中(zhong)了(le) “新(xin)基建”中(zhong)5G基站、特高(gao)(gao)壓、新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)充(chong)電(dian)樁、城際高(gao)(gao)鐵(tie)等主要(yao)領域。此(ci)外，氮(dan)化(hua)鎵的高(gao)(gao)效電(dian)能(neng)(neng)轉換特性(xing)，能(neng)(neng)夠(gou)幫助(zhu)實現(xian)光伏、風電(dian)（電(dian)能(neng)(neng)生產(chan)），直(zhi)流(liu)特高(gao)(gao)壓輸電(dian)（電(dian)能(neng)(neng)傳(chuan)輸），新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)汽車、新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)汽車、工(gong)業電(dian)源(yuan)、機車牽引、消費電(dian)源(yuan)（電(dian)能(neng)(neng)使用）等領域的電(dian)能(neng)(neng)高(gao)(gao)效轉換，助(zhu)力“碳達峰，碳中(zhong)和”目標實現(xian)。
從產業發展來看，全球氮化(hua)(hua)鎵產業規(gui)模(mo)呈(cheng)現爆發式增(zeng)長(chang)(chang)。據(ju)分析機構Yole研究顯(xian)示，在氮化(hua)(hua)鎵功(gong)率器(qi)件(jian)方面(mian)，2020年(nian)(nian)(nian)(nian)的整(zheng)體(ti)市場規(gui)模(mo)為0.46億(yi)美元，受消(xiao)費類電(dian)子(zi)、電(dian)信(xin)及(ji)數據(ju)通信(xin)、電(dian)動(dong)汽(qi)車應用的驅動(dong)，預計到2026年(nian)(nian)(nian)(nian)增(zeng)長(chang)(chang)至(zhi)11億(yi)美元，復合(he)年(nian)(nian)(nian)(nian)均增(zeng)長(chang)(chang)率為70%。值得(de)一提的是，電(dian)動(dong)汽(qi)車領域的年(nian)(nian)(nian)(nian)復合(he)增(zeng)長(chang)(chang)率高達185%。在氮化(hua)(hua)鎵射頻器(qi)件(jian)方面(mian)，2020年(nian)(nian)(nian)(nian)的整(zheng)體(ti)市場規(gui)模(mo)為8.91億(yi)美元，預計到2026年(nian)(nian)(nian)(nian)增(zeng)長(chang)(chang)至(zhi)24億(yi)美元，復合(he)年(nian)(nian)(nian)(nian)均增(zeng)長(chang)(chang)率為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(yuan)：《第三代半導體-氮化鎵技術洞察(cha)報(bao)告(gao)》
圖(tu)2，圖(tu)片來源：《第三(san)代(dai)半導體-氮化(hua)鎵技術洞察報告》
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(tu)3，圖(tu)片來源(yuan)：《第三代半導體-氮化鎵技術(shu)洞察(cha)報告》
從技(ji)術(shu)發展的歷史演(yan)進(jin)來看，20世紀70年(nian)(nian)(nian)代初(chu)出現氮化(hua)(hua)鎵(jia)相關專利(li)(li)申(shen)請，1994年(nian)(nian)(nian)之前尚處于探索階(jie)段(duan)，參與企業較(jiao)少；1994-2005年(nian)(nian)(nian)進(jin)入快速(su)發展期(qi)，主要(yao)驅動力是LED照(zhao)明(ming)商用化(hua)(hua)；2010年(nian)(nian)(nian)開始，日本(ben)住友、日立等對(dui)氮化(hua)(hua)鎵(jia)襯底大尺寸(cun)的突破和進(jin)一步(bu)產品化(hua)(hua)，促進(jin)了相關專利(li)(li)量(liang)的進(jin)一步(bu)快速(su)增長；自2014年(nian)(nian)(nian)起，專利(li)(li)申(shen)請量(liang)總體趨于穩步(bu)發展態勢，年(nian)(nian)(nian)專利(li)(li)申(shen)請量(liang)基(ji)本(ben)維持在9000件以上，在這段(duan)時(shi)期(qi)，可見(jian)光LED熱(re)度(du)減退，GaN基(ji)FET器件、功率(lv)/射頻器件、MicroLED等器件熱(re)度(du)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：《第三代半導體-氮化鎵技術洞察(cha)報(bao)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5，圖片來源：《第三代半導體(ti)-氮化鎵技術洞察報(bao)告》
圖6，圖片(pian)來源(yuan)：《第三代半導體-氮化鎵技術洞(dong)察(cha)報告(gao)》
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(ju)焦于襯底和(he)器件(jian)方面(mian)的研究(jiu)，其中(zhong)，器件(jian)方面(mian)近幾年(nian)側(ce)重(zhong)(zhong)于氮化(hua)鎵FET器件(jian)。該公司(si)的氮化(hua)鎵襯底單晶(jing)生長技術(shu)側(ce)重(zhong)(zhong)HVPE法(fa)，重(zhong)(zhong)點(dian)解決(jue)襯底缺(que)陷、尺(chi)寸等難題。此(ci)外，住友(you)在氮化(hua)鎵FET器件(jian)上，側(ce)重(zhong)(zhong)外延工(gong)藝(yi)和(he)芯片工(gong)藝(yi)突(tu)破。
圖片來源：《第三代半導體-氮化(hua)鎵技術洞察報告》
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逐步(bu)剝離(li)LED業務，專(zhuan)注(zhu)于碳化硅電力(li)電子器(qi)件(jian)和(he)用(yong)于GaN射(she)頻器(qi)件(jian)，并于2021年(nian)正式更名為Wolfspeed（原(yuan)Cree旗下的(de)(de)功率&射(she)頻部門）。在技術分(fen)布(bu)上，發(fa)光二極管LED和(he)GaN基FET器(qi)件(jian)兩大方向是(shi)Cree重要的(de)(de)專(zhuan)利布(bu)局領(ling)(ling)域。其中，前者的(de)(de)研發(fa)熱度在近(jin)幾(ji)年(nian)明顯(xian)衰退，而Cree在后者的(de)(de)細(xi)分(fen)領(ling)(ling)域中則探索了較多的(de)(de)技術難題，注(zhu)重器(qi)件(jian)多性(xing)能發(fa)展。
圖片(pian)來源：《第(di)三代半導體-氮化(hua)鎵技術(shu)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。其前(qian)身作為西(xi)門(men)子(zi)集(ji)團的半導體(ti)部門(men)，英飛凌主要生產IGBT、功(gong)(gong)(gong)率(lv)MOSFET、HEMT、DC-DC轉換器(qi)、柵極(ji)驅(qu)動IC、AC-DC電源轉換器(qi)等(deng)功(gong)(gong)(gong)率(lv)半導體(ti)器(qi)件，曾(ceng)連續10年居全球(qiu)功(gong)(gong)(gong)率(lv)半導體(ti)市場之首。在氮(dan)化鎵領域，英飛凌的技術(shu)分布于集(ji)中產業鏈(lian)中游——器(qi)件模(mo)組，持續關注GaN基(ji)FET、IGBT等(deng)功(gong)(gong)(gong)率(lv)元器(qi)件，以(yi)及由(you)多個功(gong)(gong)(gong)率(lv)元器(qi)件集(ji)成的功(gong)(gong)(gong)率(lv)模(mo)塊（如(ru)電源轉換器(qi)）的研發。總體(ti)而言(yan)，英飛凌在功(gong)(gong)(gong)率(lv)模(mo)塊、GaN基(ji)FET器(qi)件上(shang)布局(ju)的專利最(zui)多。
圖(tu)片來源：《第三代半導(dao)體-氮化(hua)鎵技術洞察報告》
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)光(guang)(guang)電(dian)是目(mu)前國內規模(mo)(mo)最大(da)的LED外(wai)(wai)延片、芯片企業。2014年(nian)(nian)，該公司投資建(jian)設氮化鎵高功率半導體項(xiang)目(mu)；2018年(nian)(nian)，在(zai)福(fu)建(jian)泉州斥資333億元投資Ⅲ-Ⅴ族(zu)化合(he)物半導體材(cai)料、LED外(wai)(wai)延、芯片、微(wei)波(bo)集成(cheng)電(dian)路、光(guang)(guang)通訊、射頻濾波(bo)器(qi)等產(chan)業。在(zai)氮化鎵領域，三安(an)光(guang)(guang)電(dian)同樣集中于產(chan)業鏈中游——器(qi)件模(mo)(mo)組的研究。其布局的器(qi)件類(lei)型(xing)主(zhu)要包括可見(jian)光(guang)(guang)LED、紫外(wai)(wai)LED、Micro/Mini LED和GaN基(ji)FET。2016年(nian)(nian)后，三安(an)光(guang)(guang)電(dian)對(dui)可見(jian)光(guang)(guang)LED的專利申請(qing)量逐漸下降，并開始增加對(dui)Micro/Mini LED、GaN基(ji)FET的專利申請(qing)。
圖片來源：《第三(san)代半(ban)導(dao)體-氮化鎵技術洞察報(bao)告》
此外，智慧芽推出(chu)的氮化鎵(jia)（GaN）專利(li)情報監控分(fen)析成果已(yi)落地形成IT平臺(tai)系(xi)統，可實現日常更新(xin)、監控和查閱，確保(bao)分(fen)析結果持續為行(xing)業(ye)研發(fa)創新(xin)和知識(shi)產權(quan)情報管理發(fa)揮價值(zhi)。
