氮化镓（GaN，跟内行交流的时候，你可以很直接的把它按照拼音读出来，会显得非常专业！要是不行你回来骂我。）是第三代半导体材料，也是宽禁带半导体的典型代表，广泛应用于光电、射频、微波、功率器件等领域， 包括电力电子器件（GaN充电器就是这个噱头）、微波射频器件、可见光通信、太阳能、半导体照明、紫外光存储、 激光显示以及紫外探测器等等。
2022-2026年全球GaN功率半导体市场趋势
根据TrendForce集邦咨询《2023全球GaN功率半导体市场分析报告》显示，全球GaN功率元件市场规模将从2022年的1.8亿美金成长到2026年的13.3亿美金，复合增长率高达65%。
相比于第一、二代半导体而言，第三代的半导体材料GaN堪称五边形战士， 可以很好的实现与第一、二代半导体技术的性能与应用互补。
第一二三代半导体性能对比
GaN的诞生史
- 1871年，德米特里·门捷列夫（Dmitri Mendeleev）预言了镓（Ga）元素的存在；
- 1875年，保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰（Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran）发现所发现镓元素；
- 1932年，研究人员在George Herbert Jones实验室，将金属镓和氨在900℃至1,000℃的高温下进行反应，合成了GaN材料。
- 1969年，H.P. Maruska和J.J. Tietjen首次利用氢化物气相外延（HVPE）工艺在蓝宝石衬底上沉积出了GaN薄膜。
GaN为什么那么贵？
虽然，在理论上，同质外延可以发挥芯片的最佳电性能，对于如氮化镓这种极为昂贵的衬底材料而言更是如此。虽然异质氮化镓外延片存在晶格失配、热失配，但是其好处也是显而易见的，那就是可大幅降低氮化镓半导体的应用成本。
GaN材料的贵，贵就贵在太难了！ 常压下GaN无法熔化，高温下直接分解为Ga和N2；在6GPa的高压下，其熔点也高达2300℃，导致GaN单晶的制备非常之困难。
举个简单的例子，2英寸GaN衬底价格约2000美元，作为对比6英寸SiC衬底价格约900美元，12英寸硅衬底价格约100美元。
所以为了降低成本、凑活性能，供应商一致的选择在其他衬底上进行GaN异质外延生长。
衬底与外延的基本概念
衬底是晶柱经切、磨、抛等工序后，用于起到稳定电热特性、物理承载的晶圆底部支撑材料 。 外延是在衬底上生长、沉积，用于为晶圆制造提供更高平整度、更低缺陷密度的薄膜材料。 外延材料可以与衬底材料相同（同质外延），也可与衬底材料不同（异质外延）。
用于GaN外延片的衬底有哪些？
当前，GaN外延片的异质衬底材料主要有三大类：硅（Si）、碳化硅（SiC）以及蓝宝石（α-Al2O3，又称刚玉）。
几种GaN衬底的主要特性对比
GaN产业链分析
氮化镓龙头企业以IDM模式为主，其中Qorvo和Infineon在技术实力以及产能上保持较大的领先。Qorvo在国防以及5G射频芯片领域具备较大优势，最早推出39Ghz双通道GaNFET。Infineon专注于功率半导体领域，主要产品集中在6英寸GaN产线上，是市场上唯一可以提供氮化镓等全系列功率产品的公司。
GaN衬底市场主要由日本住友电工、三菱化学也以及新越化学主导，其市场份额占到90%以上，可以成熟提供4英寸以及6英寸GaN衬底。国内厂商包括苏州纳维以及东莞中镓，目前已经实现2英寸氮化镓衬底产品量产，对于4英寸氮化镓仍处于研发及试生产阶段，与国际领先厂商技术还存在一定差距。
市场上主流的GaN外延片供应商，包括日本NTTAT、比利时公司EpiGaN等。国内厂商包括晶湛半导体、苏州能华以及华功半导体等，其中晶湛已经建成了年产1万片6英寸氮化镓外延片生产线，技术实力已经向国际领先水平靠近。
从事GaN芯片设计厂商，包括EPC、GaN Sys以及Navitas等公司，主要面向功率器件设计。安谱隆以及RFHIC主要面向射频相关领域，其中安谱隆在2018年被中国资本以18亿欧元收购，提升了我国在GaN器件设计领域的实力。为设计公司提供晶圆代工的厂商包括稳懋、TSMC、富士通、世界先进、Cree等，国内海威华芯、三安集成等新兴代工厂也具备GaN晶圆代工能力。
全球氮化嫁（GaN）产业图谱
国内氮化镓产业链公司，包括苏州能华、华功半导体以及英诺赛科等。英诺赛科建成中国首条8英寸硅基氮化镓外延与芯片大规模量产生产线，产品在氮化镓快充领域具备国际领先的技术实力。
中国氮化嫁（GaN）代表企业及业务
后记，未来5年，GaN产业的发展前景
- 市场需求：随着5G通信、物联网、智能家居、新能源汽车等领域的快速发展，GaN材料作为具有优良物理性质的半导体材料，其市场需求将会持续增长。特别是在新能源汽车和充电设施领域，GaN的高效、节能、小型化等特点将得到广泛应用。
- 技术进步：随着科技的不断进步，GaN材料生产技术将会更加成熟，成本也会逐渐降低，这将进一步推动GaN产业的发展。同时，GaN材料的性能和应用领域也将会得到进一步拓展，例如在太阳能光伏领域的应用。
- 竞争格局：未来5年，随着GaN产业的不断发展，市场竞争也将更加激烈。企业需要不断提高自身的技术水平和产品质量，加强品牌建设和市场推广，以赢得更多的市场份额。
- 政策支持：各国政府对GaN产业的发展给予了高度关注和支持，未来5年内，政策支持力度将会持续加大，为GaN产业的发展提供更好的环境和机遇。
总之，未来5年内，GaN产业的发展前景非常广阔，市场规模和影响力将会持续增长。企业需要加强技术创新和市场推广，抓住机遇，迎接挑战，推动GaN产业的健康发展。
