什么是氮化鎵？氮化鎵何以占據C位？

近幾年，氮化鎵作為一個高頻詞匯進入了人們的視野中。

什么是氮化鎵？氮化鎵何以占據C位？

氮化鎵，分子式GaN，英文名稱Gallium nitride，是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙（direct bandgap）的半導體，自1990年起常用在發光二極管中。此化合物結構類似纖鋅礦，硬度很高。氮化鎵的能隙很寬，為3.4電子伏特，可以用在高功率、高速的光電元件中，例如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管，可以在不使用非線性半導體泵浦固體激光器（Diode-pumped solid-state laser）的條件下，產生紫光（405nm）激光。

氮化鎵自出生以來南征北戰，無論是PK碳化硅（SiC）還是吊打砷化鎵（GaAs），作為第三代半導體材料的GaN優勢凸顯。由于禁帶寬度大、導熱率高，GaN器件可在200℃以上的高溫下工作，能夠承載更高的能量密度，可靠性更高；其較大的禁帶寬度和絕緣破壞電場，使得器件導通電阻減少，有利于提升器件整體的能效；且電子飽和速度快，以及較高的載流子遷移率，可讓器件高速地工作。

同為第三代半導體材料，相比于SiC，GaN之所以更受寵主要是兩個因素：

（1）GaN在成本控制方面顯示出了更強的潛力。目前主流的GaN技術廠商都在研發以Si為襯底的GaN的器件，來替代昂貴的SiC襯底。有分析預測，到2019年GaN MOSFET的成本將與傳統的Si器件相當，并且GaN技術對于供應商來說是一個非常有吸引力的市場機會，它可以向它們的客戶提供目前半導體工藝材料可能無法企及的性能。

（2）再者，由于GaN器件是個平面器件，與現有的Si半導體工藝兼容性強，這使其更容易與其他半導體器件集成。

Yole Developpement功率電子暨化合物半導體事業單位經理PierricGueguen認為，碳化硅主要適用于600V以上的高功率應用，氮化鎵則適用于200~600V中功率應用。根據Yole的預測，到2020年氮化鎵將進一步往600~900V發展，屆時GaN勢必會與碳化硅產生競爭關系。

2014年，日本名古屋大學和名城大學教授赤崎勇、名古屋大學教授天野浩和美國加州大學圣塔芭芭拉分校教授中村修二因發明藍光LED而獲的當年的諾貝爾物理獎。其中氮化鎵正是推動了藍光LED向前發展的重要新型材料。至此，氮化鎵在確立了其在光電領域的重要地位。

除了LED，氮化鎵也被使用到了功率半導體與射頻器件上?；诘壍墓β?a target="_blank">芯片正在市場站穩腳跟。氮化鎵(GaN)功率半導體技術和模塊式設計的進步，使得微波頻率的高功率連續波(CW)和脈沖放大器成為可能。

中國積極布局第三代半導體材料

最近幾年，我國正在大力發展集成電路產業，第三代半導體作為下一代電子產品的重要材料和元件，自然也受到了重點關注。

2015年5月，國務院印發了《中國制造2025》。其中，4次提到了以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體功率器件。

2016.09科技部立項國家重點研發計劃“戰略性先進電子材料”重點專項---面向下一代移動通信的GaN基射頻器件關鍵技術及系統應用”， 該項目旨在針對5G通信需求，建立開放的工藝代工線，實現從高效率器件到超寬帶電路設計等系列自主可控的GaN基射頻器件和電路成套技術；建立“產學研用”協同創新產業鏈，實現GaN器件與電路在通信系統的應用，推動我國第三代半導體在射頻功率領域的可持續發展。

2018年7月，國內首個《第三代半導體電力電子技術路線圖》正式發布。路線圖主要從襯底/外延/器件、封裝/模塊、SiC應用、GaN應用等四個方面展開論述，提出了中國發展第三代半導體電力電子技術的路徑建議和對未來產業發展的預測。

到目前為止，國內已有四條4/6英寸SiC生產/中試線和三條GaN生產/中試線相繼投入使用，并在建多個與第三代半導體相關的研發中試平臺。

在GaN襯底方面，國內已經小批量生產2英寸襯底，具備4英寸襯底生產能力，并開發出6英寸襯底樣品。國內可提供相關產品的企業有：納維科技、中鎵半導體。

那么國內都有哪些氮化鎵的供應商？

根據RESEARCH AND MARKETS發布的“氮化鎵半導體器件市場2023年全球預測”稱，氮化鎵器件市場預計將從2016年的165億美元，增長至2023年的224.7億美元，年復合增長率為4.51%。GaN產業鏈包括上游的材料（襯底和外延）、中游的器件和模組、下游的系統和應用。在國內GaN逐步擴大的市場帶動下，上、中、下游各環節均開始出現大批廠商。

GaN襯底供應商

納維科技

2007年蘇州納維科技有限公司成立，成為我國首家具備氮化鎵晶片生產能力的公司。經過10年努力，實現了2英寸氮化鎵單晶襯底的生產、完成了4英寸產品的工程化技術開發、突破了6英寸的關鍵技術，現在是國內唯一一家、國際上少數幾家之一能夠批量提供2英寸氮化鎵單晶產品的單位。公司氮化鎵產品性能綜合指標國際領先，未來3年重點實現將技術先發優勢轉化為在全球的市場優勢。

東莞中鎵

東莞市中鎵半導體科技有限公司成立于2009年1月，公司創造性采用MOCVD技術、HVPE技術相結合的方法，研發、生產產品包括：氮化鎵（GaN）半導體襯底材料，GaN/AI2O3復合襯底、GaN單晶襯底及氫化物氣相外延設備（HVPE）等，主要應用于MiniLED& MicroLED、車燈、激光器、功率器件、射頻器件。

公司已建成國內首家專業的氮化鎵（GaN）襯底材料生產線，制備出厚度達1100微米的自支撐GaN襯底，并能夠穩定生產。

GaN外延供應商

蘇州晶湛

蘇州晶湛半導體有限公司成立于2012年3月，2014年底，晶湛半導體在全球首家發布其商品化8英寸硅基氮化鎵外延片產品，經有關下游客戶驗證，該材料具備全球領先的技術指標和卓越的性能，并填補了國內乃至世界氮化鎵產業的空白。截至目前，晶湛半導體已完成B輪融資，用于擴大生產規模，150mm的 GaN-on-Si 外延片的月產能達1萬片。

蘇州精湛致力于為電子電力、微波射頻、微顯示器件應用領域提供高品質氮化鎵材料。

聚能晶源

2018 年，耐威科技先后投資設立了聚能晶源、青島聚能創芯微電子有限公司，兩家控股子公司業務均與氮化鎵（GaN）相關：聚能創芯主要從事功率與微波器件，尤其是氮化鎵（GaN）功率與微波器件的設計、開發；聚能晶源主要從事半導體材料，尤其是氮化鎵（GaN）外延材料的設計、開發、生產。

2018年12月聚能晶源成功研制了 8 英寸硅基氮化鎵（GaN-on-Si）外延晶圓。該型外延晶圓在實現了 650V/700V 高耐壓能力的同時，保持了外延材料的高晶體質量、高均勻性與高可靠性，可以完全滿足產業界中高壓功率電子器件的應用需求。

世紀金光

北京世紀金光半導體成立于2010年，公司經過多年的發展，公司在SiC、GaN領域的單晶、外延、器件和模塊都有涉及。已成為集半導體單品材料、外延、器件、模塊的研發、設計、生產與銷售于一體的、貫通第三代半導體全產業鏈的“雙創型”高新技術產業。

GaN射頻器件供應商

中晶半導體

東莞市中晶半導體科技有限公司成立于2010年，公司以北京大學為技術依托，引進海內外優秀的產學研一體化團隊，技術涵蓋Mini/MicroLED、器件等核心領域。

中晶半導體主要以HVPE設備等系列精密半導體設備制造技術為支撐，以GaN襯底為基礎，重點發展Mini/MicroLED外延、芯片技術，并向新型顯示模組方向延展；同時，中晶半導體將以GaN襯底材料技術為基礎，孵化VCSEL、電力電子器件、化合物半導體射頻器件、車燈封裝模組、激光器封裝模組等國際前沿技術，并進行全球產業布局。

英諾賽科

英諾賽科（珠海）科技有限公司是2015年12月由海歸團隊發起，并集合了數十名國內外精英聯合創辦的第三代半導體電力電子器件研發與生產的高科技企業。公司的主要產品包括30V-650V氮化鎵功率與5G射頻器件，產品設計及性能均達到國際先進水平。

2017年11月英諾賽科的8英寸硅基氮化鎵生產線通線投產，成為國內首條實現量產的8英寸硅基氮化鎵生產線。

三安集成

三安集成成立于2014年，其母公司三安光電是一家LED外延芯片龍頭企業，三安集成是涵蓋微波射頻、高功率電力電子、光通訊等領域的化合物半導體制造平臺，具備襯底材料、外延生長、以及芯片制造的產業整合能力，擁有大規模、先進制程能力的MOCVD 外延生長制造線。

目前已小批量生產砷化鎵、氮化鎵和碳化硅產品，并陸續投用市場。

蘇州能訊

蘇州能訊高能半導體有限公司是由海外歸國人員創辦的高新技術企業，能訊半導體采用整合設計與制造（IDM）的模式，自主開發了氮化鎵材料生長、芯片設計、晶圓工藝、封裝測試、可靠性與應用電路技術。目前公司擁有專利280項，在國際一流團隊的帶領下，能訊已經擁有全套自主知識產權的氮化鎵電子器件設計、制造技術。

GaN電子電力器件供應商

江蘇能華

江蘇能華微電子科技發展有限公司成立于2010年6月，是由國家“千人計劃”專家朱廷剛博士創辦，建設8條6英寸以上的外延片生產線和一條完整的功率器件工藝生產線，主要生產以氮化鎵為代表的復合半導體高性能晶圓及其功率器件、芯片和模塊。

2016年，江蘇能華參與了國家重點研發計劃戰略性先進電子材料重點專項，進行GaN基新型電力電子器件關鍵技術項目。

江蘇華功

江蘇華功半導體有限公司成立于2016年5月，在第三代半導體行業擁有雄厚的專家資源、優秀的人才隊伍、長期的技術積累和豐富的產業化經驗。

華功半導體的技術團隊以北京大學、中山大學以及合作的高校產業化企業為核心，從2012年開始合作推動硅基氮化鎵功率電子產業化，目前已攻克了相關材料與器件的產業化關鍵技術。

大連芯冠

大連芯冠科技有限公司成立于2016年3月，是一家由海外歸國團隊創立的半導體國家級高新技術企業。采用了整合設計與制造（IDM）的商業模式，開展以氮化鎵為代表的第三代半導體外延材料和電子器件的研發與產業化。

公司擁有國際先進的德國愛思強MOCVD外延爐及外延表征設備、6英寸化合物半導體芯片生產線、晶圓在片檢測系統、可靠性測試系統和應用開發系統。在電力電子領域，公司已實現6英寸650伏硅基氮化鎵外延片的量產，并發布了比肩世界先進水平的650伏硅基氮化鎵功率器件產品，主要應用于電源管理、太陽能逆變器、電動汽車及工業馬達驅動等領域。在微波射頻領域，公司已進行硅基氮化鎵外延材料的開發，射頻芯片的研發與產業化準備工作亦已展開，產品定位為10GHz以下的射頻通訊和射頻能量市場。

蘇州捷芯威

蘇州捷芯威半導體有限公司是國內第一家專注于氮化鎵電力電子器件研發和制造的高科技企業，由海外歸國人員創辦于蘇州工業園區，擁有專業的銷售、研發、技術團隊。自主研發世界上第一款氮化鎵電路保護開關器件，單管擊穿電壓達2000V；擁有多款硅基氮化鎵電力電子器件、電壓等級從200V到600V，并率先在國內實現了600V氮化鎵增強型高壓開關器件。同時開發了多款基于GaN技術的應用電路，例如500W的PFC電路、500W的DC-DC、DC-AC和AC-DC轉換電路、雙脈沖測試電路、無線電能傳輸電路等。產品涉及IT、消費電子、電機控制、電動汽車、可再生資源、智能電網等應用領域。

GaN功率器件供應商

華潤微電子

2017年12月，華潤微電子完成對中航（重慶）微電子有限公司的收購，擁有8英寸硅基氮化鎵生產線和國內首個8英寸600V/10A GaN功率器件產品，用于電源管理。

華潤微規劃建設的化合物半導體項目,判斷生產線主要是GaN工藝。該項目將分兩期實施,其中一期項目投資20億元,二期投資30億元。

杭州士蘭微

2017年三季度士蘭微打通了一條6英寸的硅基氮化鎵功率器件中試線。打通之后士蘭微會進一步加強這方面的技術研發，公司預計在未來1-2年內會有產品突破，能夠有新產品盡快推到市場上。

2018年10月，杭州士蘭微電子股份有限公司廈門12英寸芯片生產線暨先進化合物半導體生產線正式開工。2017年12月，士蘭微電子與廈門市海滄區人民政府簽署了《戰略合作框架協議》。士蘭微電子公司與廈門半導體投資集團有限公司共同投資220億元人民幣，在廈門規劃建設兩條12英寸90～65nm的特色工藝芯片（功率半導體芯片及MEMS傳感器）生產線和一條4/6英寸兼容先進化合物半導體器件（第三代功率半導體、光通訊器件、高端LED芯片）生產線。

GaN光電供應商

三安光電

三安光電股份有限公司成立于2000年11月,于2008年7月在上海證券交易所掛牌上市。三安光電主要從事全色系超高亮度LED外延片、芯片、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料、微波通訊集成電路與功率器件、光通訊元器件等的研發、生產與銷售，產品性能指標居國際先進水平。

公司憑借強大的企業實力，繼2014年擴大LED外延芯片研發與制造產業化規模、同時投資集成電路產業，建設砷化鎵高速半導體與氮化鎵高功率半導體項目之后， 2018年三安光電在福建泉州南安高新技術產業園區，斥資333億元投資Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料、LED外延、芯片、微波集成電路、光通訊、射頻濾波器、電力電子、SIC材料及器件、特種封裝等產業。

中蕊光電

中蕊光電公司在光電裝備領域擁有多項領先優勢，其中：公司掌握著光電半導體核心器件、氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）等第三代半導體器件制備技術的核心科技，技術指標和裝備質量達到國際同行業領先水平；

依據公司的中長期發展規劃，公司將夯實現有技術基礎，充分發揮核心技術的國際領先性，迅速拓展裝備應用領域，形成以GaN半導體材料科研基地和光電裝備生產基地，逐步推進形成達百億產值的GaN半導體產業集群。

聚芯光電

山東聚芯光電科技有限公司成立于2016年3月，由山東成林光電技術有限責任公司和內蒙古蒙西高新技術集團有限公司共同出資設立，專業從事LED芯片、氮化鎵功率器件、太陽能LED燈具的研發生產銷售與技術服務。

公司擁有授權發明專利四項、授權實用新型專利六項，建有現代化的研發實驗室和研發生產基地，擁有較強的科技研發實力和技術創新能力，先后獲評山東省科技型中小微企業、東營市科技型企業、國家科技型中小企業、東營市知識產權示范企業、國家級高新技術企業。

晶能光電

晶能光電（江西）有限公司成立于2006年，晶能光電是硅襯底LED技術的最早實踐者，并在 2012 年 6 月開始量產硅襯底氮化鎵LED芯片

作為全球硅襯底LED技術的領導者，晶能光電用短短十年時間將一項實驗室技術發展成為全球第三條藍光LED技術路線，完成全球硅襯底LED專利布局。目前，圍繞該項目已申請專利330多項，已授權專利 147項，其中授權國際專利47項。這些專利將是構建中國LED產業知識產權池的基石，對我國的LED產業格局和產業安全將產生重大的影響。

GaN代工供應商

海威華芯

海特高新控股子公司海威華芯主要從事第二代/第三代化合物半導體集成電路芯片的晶圓代工業務，產品主要面向5G、雷達 、新能源、物聯網等高端芯片市場。海威華芯是國內首家提供六英寸砷化鎵/氮化鎵微波集成電（GaAs/GaN MMIC）的純晶圓代工服務的制造企業。公司的氮化鎵已成功突破6英寸GaN晶圓鍵合技術。

海威華芯填補了國內空白，打破了國外對中國高端射頻芯片的封鎖，成為國家高端芯片供應安全的重要保障。

氮化鎵的難度比外界想象的大很多，國內氮化鎵材料的發展難題主要有以下幾點：

一是在技術上，寬禁帶功率半導體面臨的技術難題很多，如襯底材料的完整性、外延層及歐姆接觸的質量、工藝穩定性、器件可靠性以及成本控制等，寬禁帶功率半導體產業化的難度比外界想象的要大很多。

二是在生態環境假設上。5G移動通信、電動汽車等是寬禁帶半導體產業最具有爆發性增長潛力的應用領域，國內在產業生態的成熟度上與國外的差距還比較明顯，落后程度更甚于技術層面的落后程度。產業鏈上下游協同不足，尚未解決材料“能用-可用-好用”發展過程中的問題和障礙。

雖然目前我國在一些GaN領域取得了關鍵性突破，但是與國際領先水平相比，我國在第三代半導體襯底、外延材料、器件的整體技術水平落后3年左右。在GaN領域缺少原始創新的專利，仍需要積極引進國外優秀技術人才，多方面借鑒國外發展經驗，逐步提升國內技術水平。

GaN作為新一代半導體材料，對于芯片和器件的制備，半導體行業特點突出，是否具備高良率，是否具備商業化價值是衡量企業的另一關鍵要素。國內要想發展GaN，就要依靠自主研發，實現技術突破。當前我國第3代半導體材料研發與國外差距不大，如果通過產業鏈協同創新，完全有可能實現彎道超車，打破半導體產業受制于人的被動局面。