氮化鎵行業(yè)發(fā)展前景如何？

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、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

資料來源：公開資料整理

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，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，在各個性能指標(biāo)都處于領(lǐng)先水平，但是襯底價格過高。所以硅基和碳化硅基的GaN器件將會率先商用。

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)量及生長速率更高，系主流生方式。HVPE原理：整個過程在一個多層次溫區(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)勢突出。

氮化鎵的主要器件形式及下游應(yīng)用

資料來源：公開資料整理

2、氮化鎵功率器件

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

各類功率器件的適用范圍

資料來源：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，全國移動通信基站總數(shù)達(dá)996萬個，全年凈增65萬個。其中4G基站達(dá)590萬個，5G基站為142.5萬個，全年新建5G基站超過65萬個。

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

2018-2021年中國4G和5G基站建設(shè)情況

資料來源：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)無線基礎(chǔ)設(shè)施、電力電子和衛(wèi)星市場，前景廣闊。2020年，全球氮化鎵器件市場規(guī)模為184億美元，同比增長28.7%。

2018-2020年全球氮化鎵器件市場規(guī)模及增長率

資料來源：公開資料整理

2、市場結(jié)構(gòu)

就氮化鎵器件市場結(jié)構(gòu)占比而言，光電器件整體成本和價格較高，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，但光電因價格較高占據(jù)主要市場份額，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，功率器件因價格較低僅占4.9%。

2020年全球氮化鎵器件細(xì)分類型市場結(jié)構(gòu)占比

資料來源：公開資料整理

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

資料來源：公開資料整理

五、氮化鎵競爭格局

1、競爭格局

就氮化鎵射頻器件和功率器件競爭格局而言，技術(shù)護(hù)城河下目前全球市場集中度較高，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，市場份額分別為40%、24%和20%。

2020年全球氮化鎵功率器件市場份額情況

資料來源：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份額情況

資料來源：公開資料整理

六、氮化鎵國產(chǎn)化發(fā)展趨勢

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)鏈公司來看，國外公司在技術(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，但市場份額和技術(shù)水平仍相對落后。

2、國產(chǎn)化進(jìn)程

國產(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1萬片/月，并將逐漸擴(kuò)大至7萬片/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。

來源：華經(jīng)情報網(wǎng)

審核編輯 ：李倩