越來越多的人在使用手機快充充電器的時候可能不經(jīng)意間會發(fā)現(xiàn)氮化鎵（GaN）這個專業(yè)名詞，實際上，正是“氮化鎵”這一第三代半導體材料的技術突破，讓第三代半導體能實現(xiàn)更多的場景應用，例如氮化鎵電子器件具有高頻、高轉換效率、高擊穿電壓等特性，讓微顯示、手機快充、氮化鎵汽車等有了無限可能。

智慧芽旗下智慧芽創(chuàng)新研究中心最新發(fā)布《第三代半導體-氮化鎵技術洞察報告》（以下簡稱“報告”），從技術角度全面洞察分析了氮化鎵這一產(chǎn)業(yè)的誕生、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和未來突破。

以下為重點內(nèi)容摘要

氮化鎵產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成，相關器件快速發(fā)展。第三代半導體氮化鎵產(chǎn)業(yè)范圍涵蓋氮化鎵單晶襯底、半導體器件芯片設計、制造、封測以及芯片等主要應用場景。

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，其下游應用切中了 “新基建”中5G基站、特高壓、新能源充電樁、城際高鐵等主要領域。此外，氮化鎵的高效電能轉換特性，能夠幫助實現(xiàn)光伏、風電（電能生產(chǎn)），直流特高壓輸電（電能傳輸），新能源汽車、工業(yè)電源、機車牽引、消費電源（電能使用）等領域的電能高效轉換，助力“碳達峰，碳中和”目標實現(xiàn)。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，全球氮化鎵產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。據(jù)分析機構Yole研究顯示，在氮化鎵功率器件方面，2020年的整體市場規(guī)模為0.46億美元，受消費類電子、電信及數(shù)據(jù)通信、電動汽車應用的驅動，預計到2026年增長至11億美元，復合年均增長率為70%。值得一提的是，電動汽車領域的年復合增長率高達185%。在氮化鎵射頻器件方面，2020年的整體市場規(guī)模為8.91億美元，預計到2026年增長至24億美元，復合年均增長率為18%。

從產(chǎn)業(yè)鏈看，國內(nèi)氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈已基本形成，產(chǎn)業(yè)結構相對聚焦中游，中國企業(yè)紛紛入場，主要代表企業(yè)分布在全國各地。

中國在氮化鎵技術上起步雖晚發(fā)力強勁

智慧芽數(shù)據(jù)顯示，全球在氮化鎵產(chǎn)業(yè)已申請16萬多件專利，有效專利6萬多件。其中，保護類型以發(fā)明專利為主，行業(yè)技術創(chuàng)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。

從技術發(fā)展的歷史演進來看，20世紀70年代初出現(xiàn)氮化鎵相關專利申請，1994年之前尚處于探索階段，參與企業(yè)較少；1994-2005年進入快速發(fā)展期，主要驅動力是LED照明商用化；2010年開始，日本住友、日立等對氮化鎵襯底大尺寸的突破和進一步產(chǎn)品化，促進了相關專利量的進一步快速增長；自2014年起，專利申請量總體趨于穩(wěn)步發(fā)展態(tài)勢，年專利申請量基本維持在9000件以上，在這段時期，可見光LED熱度減退，GaN基FET器件、功率/射頻器件、MicroLED等器件熱度上升。

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(fā)力強勁。值得注意的是，目前全球的氮化鎵技術主要來源于日本。

國內(nèi)外龍頭企業(yè)技術洞察對比

報告顯示，全球氮化鎵主要創(chuàng)新主體的龍頭主要集中于日本。氮化鎵產(chǎn)業(yè)國外重點企業(yè)包括日本住友、美國Cree、德國英飛凌、韓國LG、三星等，中國企業(yè)代表有，晶元光電、三安光電、臺積電、華燦光電等。但目前中國企業(yè)和國外企業(yè)相比，專利申請數(shù)量仍有一定差距。

在這些企業(yè)中，日本住友全球率先量產(chǎn)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。住友聚焦于襯底和器件方面的研究，其中，器件方面近幾年側重于氮化鎵FET器件。該公司的氮化鎵襯底單晶生長技術側重HVPE法，重點解決襯底缺陷、尺寸等難題。此外，住友在氮化鎵FET器件上，側重外延工藝和芯片工藝突破。

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，Cree逐步剝離LED業(yè)務，專注于碳化硅電力電子器件和用于GaN射頻器件，并于2021年正式更名為Wolfspeed（原Cree旗下的功率&射頻部門）。在技術分布上，發(fā)光二極管LED和GaN基FET器件兩大方向是Cree重要的專利布局領域。其中，前者的研發(fā)熱度在近幾年明顯衰退，而Cree在后者的細分領域中則探索了較多的技術難題，注重器件多性能發(fā)展。

德國英飛凌持續(xù)深耕功率器件領域，且重點關注美國市場。其前身作為西門子集團的半導體部門，英飛凌主要生產(chǎn)IGBT、功率MOSFET、HEMT、DC-DC轉換器、柵極驅動IC、AC-DC電源轉換器等功率半導體器件，曾連續(xù)10年居全球功率半導體市場之首。在氮化鎵領域，英飛凌的技術分布于集中產(chǎn)業(yè)鏈中游——器件模組，持續(xù)關注GaN基FET、IGBT等功率元器件，以及由多個功率元器件集成的功率模塊（如電源轉換器）的研發(fā)?？傮w而言，英飛凌在功率模塊、GaN基FET器件上布局的專利最多。

國內(nèi)LED龍頭“三安光電”在氮化鎵領域有一定技術儲備。三安光電是目前國內(nèi)規(guī)模最大的LED外延片、芯片企業(yè)。2014年，該公司投資建設氮化鎵高功率半導體項目；2018年，在福建泉州斥資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、射頻濾波器等產(chǎn)業(yè)。在氮化鎵領域，三安光電同樣集中于產(chǎn)業(yè)鏈中游——器件模組的研究。其布局的器件類型主要包括可見光LED、紫外LED、Micro/Mini LED和GaN基FET。2016年后，三安光電對可見光LED的專利申請量逐漸下降，并開始增加對Micro/Mini LED、GaN基FET的專利申請。

此外，智慧芽推出的氮化鎵（GaN）專利情報監(jiān)控分析成果已落地形成IT平臺系統(tǒng)，可實現(xiàn)日常更新、監(jiān)控和查閱，確保分析結果持續(xù)為行業(yè)研發(fā)創(chuàng)新和知識產(chǎn)權情報管理發(fā)揮價值。

PatSnap智慧芽成立于2007年，作為一家立足于科技的全球研發(fā)創(chuàng)新信息與管理提供商，智慧芽憑借多年積累的人工智能技術和大數(shù)據(jù)處理能力，始終致力于為創(chuàng)新者打造更好的信息情報平臺和服務。 通過提供豐富且人性化的產(chǎn)品組合及解決方案，智慧芽幫助客戶從知識產(chǎn)權等信息中輕松獲取科技競爭情報、促進商業(yè)化過程，以提高客戶創(chuàng)新的核心競爭力。創(chuàng)立至今，智慧芽已服務全球50多個國家10000多家客戶。官網(wǎng)：www.zhihuiya.com

原文標題：重磅！《第三代半導體-氮化鎵技術洞察報告》發(fā)布

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