隨著半導體工藝的特征尺寸日益逼近理論極限，摩爾定律對半導體行業(yè)的加速度已經(jīng)明顯放緩，未來半導體技術(shù)的提升，除了進一步榨取摩爾定律在制造工藝上的最后的“剩余價值”外，尋找硅（Si）以外的新一代半導體材料，則成了一個重要的方向。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(jù)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(fā)光二極管中。此化合物結(jié)構(gòu)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(chǎn)生紫光（405nm）激光。

氮化鎵自出生以來南征北戰(zhàn)，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(yōu)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(shù)廠商都在研發(fā)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(tǒng)的Si器件相當，并且GaN技術(shù)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(xiàn)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(yè)單位經(jīng)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(jù)Yole的預測，到2020年氮化鎵將進一步往600~900V發(fā)展，屆時GaN勢必會與碳化硅產(chǎn)生競爭關(guān)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(fā)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(fā)展的重要新型材料。至此，氮化鎵在確立了其在光電領(lǐng)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。基于氮化鎵的功率芯片正在市場站穩(wěn)腳跟。氮化鎵(GaN)功率半導體技術(shù)和模塊式設(shè)計的進步，使得微波頻率的高功率連續(xù)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(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)，第三代半導體作為下一代電子產(chǎn)品的重要材料和元件，自然也受到了重點關(guān)注。

2015年5月，國務院印發(fā)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(fā)計劃“戰(zhàn)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(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)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(xiàn)從高效率器件到超寬帶電路設(shè)計等系列自主可控的GaN基射頻器件和電路成套技術(shù)；建立“產(chǎn)學研用”協(xié)同創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)GaN器件與電路在通信系統(tǒng)的應用，推動我國第三代半導體在射頻功率領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

2018年7月，國內(nèi)首個《第三代半導體電力電子技術(shù)路線圖》正式發(fā)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(fā)展第三代半導體電力電子技術(shù)的路徑建議和對未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的預測。

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

在GaN襯底方面，國內(nèi)已經(jīng)小批量生產(chǎn)2英寸襯底，具備4英寸襯底生產(chǎn)能力，并開發(fā)出6英寸襯底樣品。國內(nèi)可提供相關(guān)產(chǎn)品的企業(yè)有：納維科技、中鎵半導體。

那么國內(nèi)都有哪些氮化鎵的供應商？

根據(jù)RESEARCH AND MARKETS發(fā)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(chǎn)業(yè)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(tǒng)和應用。在國內(nèi)GaN逐步擴大的市場帶動下，上、中、下游各環(huán)節(jié)均開始出現(xiàn)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(chǎn)能力的公司。經(jīng)過10年努力，實現(xiàn)了2英寸氮化鎵單晶襯底的生產(chǎn)、完成了4英寸產(chǎn)品的工程化技術(shù)開發(fā)、突破了6英寸的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)在是國內(nèi)唯一一家、國際上少數(shù)幾家之一能夠批量提供2英寸氮化鎵單晶產(chǎn)品的單位。公司氮化鎵產(chǎn)品性能綜合指標國際領(lǐng)先，未來3年重點實現(xiàn)將技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為在全球的市場優(yōu)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(chuàng)造性采用MOCVD技術(shù)、HVPE技術(shù)相結(jié)合的方法，研發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)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(shè)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(nèi)首家專業(yè)的氮化鎵（GaN）襯底材料生產(chǎn)線，制備出厚度達1100微米的自支撐GaN襯底，并能夠穩(wěn)定生產(chǎn)。

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(fā)布其商品化8英寸硅基氮化鎵外延片產(chǎn)品，經(jīng)有關(guān)下游客戶驗證，該材料具備全球領(lǐng)先的技術(shù)指標和卓越的性能，并填補了國內(nèi)乃至世界氮化鎵產(chǎn)業(yè)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(chǎn)規(guī)模，150mm的 GaN-on-Si 外延片的月產(chǎn)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(lǐng)域提供高品質(zhì)氮化鎵材料。

聚能晶源

2018 年，耐威科技先后投資設(shè)立了聚能晶源、青島聚能創(chuàng)芯微電子有限公司，兩家控股子公司業(yè)務均與氮化鎵（GaN）相關(guān)：聚能創(chuàng)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(shè)計、開發(fā)；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(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)。

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(xiàn)了 650V/700V 高耐壓能力的同時，保持了外延材料的高晶體質(zhì)量、高均勻性與高可靠性，可以完全滿足產(chǎn)業(yè)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(jīng)過多年的發(fā)展，公司在SiC、GaN領(lǐng)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(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)與銷售于一體的、貫通第三代半導體全產(chǎn)業(yè)鏈的“雙創(chuàng)型”高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

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(shù)依托，引進海內(nèi)外優(yōu)秀的產(chǎn)學研一體化團隊，技術(shù)涵蓋Mini/MicroLED、器件等核心領(lǐng)域。

中晶半導體主要以HVPE設(shè)備等系列精密半導體設(shè)備制造技術(shù)為支撐，以GaN襯底為基礎(chǔ)，重點發(fā)展Mini/MicroLED外延、芯片技術(shù)，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(shù)為基礎(chǔ)，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(shù)，并進行全球產(chǎn)業(yè)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(fā)起，并集合了數(shù)十名國內(nèi)外精英聯(lián)合創(chuàng)辦的第三代半導體電力電子器件研發(fā)與生產(chǎn)的高科技企業(yè)。公司的主要產(chǎn)品包括30V-650V氮化鎵功率與5G射頻器件，產(chǎn)品設(shè)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(chǎn)線通線投產(chǎn)，成為國內(nèi)首條實現(xiàn)量產(chǎn)的8英寸硅基氮化鎵生產(chǎn)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(yè)，三安集成是涵蓋微波射頻、高功率電力電子、光通訊等領(lǐng)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(chǎn)業(yè)整合能力，擁有大規(guī)模、先進制程能力的MOCVD 外延生長制造線。

目前已小批量生產(chǎn)砷化鎵、氮化鎵和碳化硅產(chǎn)品，并陸續(xù)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(chuàng)辦的高新技術(shù)企業(yè)，能訊半導體采用整合設(shè)計與制造（IDM）的模式，自主開發(fā)了氮化鎵材料生長、芯片設(shè)計、晶圓工藝、封裝測試、可靠性與應用電路技術(shù)。目前公司擁有專利280項，在國際一流團隊的帶領(lǐng)下，能訊已經(jīng)擁有全套自主知識產(chǎn)權(quán)的氮化鎵電子器件設(shè)計、制造技術(shù)。

GaN電子電力器件供應商

江蘇能華

江蘇能華微電子科技發(fā)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(chuàng)辦，建設(shè)8條6英寸以上的外延片生產(chǎn)線和一條完整的功率器件工藝生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)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(fā)計劃戰(zhàn)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(guān)鍵技術(shù)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(yè)擁有雄厚的專家資源、優(yōu)秀的人才隊伍、長期的技術(shù)積累和豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗。

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

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(chuàng)立的半導體國家級高新技術(shù)企業(yè)。采用了整合設(shè)計與制造（IDM）的商業(yè)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(fā)與產(chǎn)業(yè)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(shè)備、6英寸化合物半導體芯片生產(chǎn)線、晶圓在片檢測系統(tǒng)、可靠性測試系統(tǒng)和應用開發(fā)系統(tǒng)。在電力電子領(lǐng)域，公司已實現(xiàn)6英寸650伏硅基氮化鎵外延片的量產(chǎn)，并發(fā)布了比肩世界先進水平的650伏硅基氮化鎵功率器件產(chǎn)品，主要應用于電源管理、太陽能逆變器、電動汽車及工業(yè)馬達驅(qū)動等領(lǐng)域。在微波射頻領(lǐng)域，公司已進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)化準備工作亦已展開，產(chǎn)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(nèi)第一家專注于氮化鎵電力電子器件研發(fā)和制造的高科技企業(yè)，由海外歸國人員創(chuàng)辦于蘇州工業(yè)園區(qū)，擁有專業(yè)的銷售、研發(fā)、技術(shù)團隊。自主研發(fā)世界上第一款氮化鎵電路保護開關(guān)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(nèi)實現(xiàn)了600V氮化鎵增強型高壓開關(guān)器件。同時開發(fā)了多款基于GaN技術(shù)的應用電路，例如500W的PFC電路、500W的DC-DC、DC-AC和AC-DC轉(zhuǎn)換電路、雙脈沖測試電路、無線電能傳輸電路等。產(chǎn)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(wǎng)等應用領(lǐng)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(chǎn)線和國內(nèi)首個8英寸600V/10A GaN功率器件產(chǎn)品，用于電源管理。

華潤微規(guī)劃建設(shè)的化合物半導體項目,判斷生產(chǎn)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(shù)研發(fā)，公司預計在未來1-2年內(nèi)會有產(chǎn)品突破，能夠有新產(chǎn)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(chǎn)線暨先進化合物半導體生產(chǎn)線正式開工。2017年12月，士蘭微電子與廈門市海滄區(qū)人民政府簽署了《戰(zhàn)略合作框架協(xié)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(guī)劃建設(shè)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(chǎn)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(chǎn)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(fā)、生產(chǎn)與銷售，產(chǎn)品性能指標居國際先進水平。

公司憑借強大的企業(yè)實力，繼2014年擴大LED外延芯片研發(fā)與制造產(chǎn)業(yè)化規(guī)模、同時投資集成電路產(chǎn)業(yè)，建設(shè)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(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，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(chǎn)業(yè)。

中蕊光電

中蕊光電公司在光電裝備領(lǐng)域擁有多項領(lǐng)先優(yōu)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(shù)的核心科技，技術(shù)指標和裝備質(zhì)量達到國際同行業(yè)領(lǐng)先水平；

依據(jù)公司的中長期發(fā)展規(guī)劃，公司將夯實現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，充分發(fā)揮核心技術(shù)的國際領(lǐng)先性，迅速拓展裝備應用領(lǐng)域，形成以GaN半導體材料科研基地和光電裝備生產(chǎn)基地，逐步推進形成達百億產(chǎn)值的GaN半導體產(chǎn)業(yè)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(shù)有限責任公司和內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團有限公司共同出資設(shè)立，專業(yè)從事LED芯片、氮化鎵功率器件、太陽能LED燈具的研發(fā)生產(chǎn)銷售與技術(shù)服務。

公司擁有授權(quán)發(fā)明專利四項、授權(quán)實用新型專利六項，建有現(xiàn)代化的研發(fā)實驗室和研發(fā)生產(chǎn)基地，擁有較強的科技研發(fā)實力和技術(shù)創(chuàng)新能力，先后獲評山東省科技型中小微企業(yè)、東營市科技型企業(yè)、國家科技型中小企業(yè)、東營市知識產(chǎn)權(quán)示范企業(yè)、國家級高新技術(shù)企業(yè)。

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(shù)的最早實踐者，并在 2012 年 6 月開始量產(chǎn)硅襯底氮化鎵LED芯片

作為全球硅襯底LED技術(shù)的領(lǐng)導者，晶能光電用短短十年時間將一項實驗室技術(shù)發(fā)展成為全球第三條藍光LED技術(shù)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(quán)專利 147項，其中授權(quán)國際專利47項。這些專利將是構(gòu)建中國LED產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)池的基石，對我國的LED產(chǎn)業(yè)格局和產(chǎn)業(yè)安全將產(chǎn)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(yè)務，產(chǎn)品主要面向5G、雷達、新能源、物聯(lián)網(wǎng)等高端芯片市場。海威華芯是國內(nèi)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(yè)。公司的氮化鎵已成功突破6英寸GaN晶圓鍵合技術(shù)。

海威華芯填補了國內(nèi)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(nèi)氮化鎵材料的發(fā)展難題主要有以下幾點：

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

二是在生態(tài)環(huán)境假設(shè)上。5G移動通信、電動汽車等是寬禁帶半導體產(chǎn)業(yè)最具有爆發(fā)性增長潛力的應用領(lǐng)域，國內(nèi)在產(chǎn)業(yè)生態(tài)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(shù)層面的落后程度。產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同不足，尚未解決材料“能用-可用-好用”發(fā)展過程中的問題和障礙。

雖然目前我國在一些GaN領(lǐng)域取得了關(guān)鍵性突破，但是與國際領(lǐng)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(shù)水平落后3年左右。在GaN領(lǐng)域缺少原始創(chuàng)新的專利，仍需要積極引進國外優(yōu)秀技術(shù)人才，多方面借鑒國外發(fā)展經(jīng)驗，逐步提升國內(nèi)技術(shù)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(yè)特點突出，是否具備高良率，是否具備商業(yè)化價值是衡量企業(yè)的另一關(guān)鍵要素。國內(nèi)要想發(fā)展GaN，就要依靠自主研發(fā)，實現(xiàn)技術(shù)突破。當前我國第3代半導體材料研發(fā)與國外差距不大，如果通過產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，完全有可能實現(xiàn)彎道超車，打破半導體產(chǎn)業(yè)受制于人的被動局面。