第三代半導(dǎo)體GaN產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)題研究報(bào)告一、或躍于淵：GaN將領(lǐng)跑第三代化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)什么是第三代化合物半導(dǎo)體第三代半導(dǎo)體是指化合物半導(dǎo)體，包括SiC(碳化

硅)、GaN（氮化鎵）、ZnO（氧化鋅）、GaO（氧

化鎵）、AlN（氮化鋁），以及金剛石等寬禁帶半

導(dǎo)體材料（導(dǎo)帶與禁帶間能隙差Eg>2.3eV）。第三代半導(dǎo)體具有高擊穿電場(chǎng)、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。主要氮化鎵器件的參數(shù)對(duì)比硅基和碳化硅基的器件將率

先商用：雖然基于GaN襯底的

GaN器件，在各個(gè)性能指標(biāo)都

處于領(lǐng)先水平，但是襯底價(jià)格

過(guò)高。所以硅基和碳化硅基的

GaN器件將會(huì)率先商用。氮化鎵材料性能優(yōu)異，應(yīng)用市場(chǎng)廣泛氮化鎵（GaN）可同時(shí)涵蓋射頻和功率領(lǐng)域，特別

是在高功率和高頻率領(lǐng)域應(yīng)用效果特別出色，與其

他化合物半導(dǎo)體材料相比，具有較高投資價(jià)值。以氮化鎵為材料的功率半導(dǎo)體器件可廣泛應(yīng)用

于工業(yè)、通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車(chē)電子、

航空航天、國(guó)防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。二、射頻通信：5G通信驅(qū)動(dòng)技術(shù)升級(jí)，GaN將逐步替代LDMOS氮化鎵將成為5G射頻器件的主要材料使用GaN制

作的功放產(chǎn)品的輸出功率和效率都顯著優(yōu)于其他

材料（GaAs、LDMOS）制作的功放產(chǎn)品；頻率響應(yīng)

曲線的平坦持續(xù)范圍最寬。正是由于GaN優(yōu)秀的材料特質(zhì)，毫米波、MassiveMIMO、波束合成以及載波聚合等5G移動(dòng)通信中使用

到的核心基礎(chǔ)技術(shù)最后都將使用GaN材料制作功率放

大器產(chǎn)品。GaN材料在射頻產(chǎn)品的滲透率將逐步提升射頻器件材料主要有三種：GaAs，基于

Si的

LDMOS以及GaN。GaAs器件的缺點(diǎn)是器件功率較低，低于

50W；LDMOS器件的缺點(diǎn)是工作頻率存在極限，最高有效頻率在3GHz以下；GaN彌補(bǔ)了GaAs和Si基LDMOS兩種

老式技術(shù)之間的缺陷，在體現(xiàn)

GaAs高頻性能的同時(shí)，結(jié)合了Si基LDMOS的功率處理能力。隨著GaN材料工藝的成熟和成本的下降，GaN在射頻市場(chǎng)的滲透率將提升，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到50%左右。全球GaN射頻器件市場(chǎng)將保持12%的增速，預(yù)計(jì)2025年達(dá)20億美元2019年-2025年，GaN射頻器

件市場(chǎng)將保持12%的增速增長(zhǎng)，預(yù)

計(jì)2025年達(dá)20億美元。通信和軍工是推動(dòng)GaN射頻器

件市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，

2025

年通信市場(chǎng)規(guī)模占比

36.6%,軍工占比55.5%。2025年，全球通信射頻前端市

場(chǎng)規(guī)模將達(dá)36億美元，其中功

放市場(chǎng)15億美元，GaN在功放市

場(chǎng)的滲透率將超過(guò)50%。三、功率器件：消費(fèi)電子率先突破，中高壓領(lǐng)域或后來(lái)居上提高效率并實(shí)現(xiàn)小型化是GaN在功率器件領(lǐng)域的目標(biāo)GaN器件的轉(zhuǎn)換效率高：由于導(dǎo)通電阻小，使用GaN器件

制作的功率器件轉(zhuǎn)換效率將顯著提升，顯著降低電力損

耗情況，達(dá)到節(jié)能的效果。GaN器件的體積將顯著降低：由于導(dǎo)通電阻小、可在高

溫環(huán)境下共奏以及效應(yīng)速度快，器件體積將顯著降低。GaN功率器件有望在低壓領(lǐng)域代替硅基功率器件GaN功率器件在中低壓領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)較為明顯：由于SiC襯

底價(jià)格比較昂貴，目前大多數(shù)GaN功率器件均采用Si襯

底；采用GaN-on-Si的功率器件工作電壓在1000V以下，

成本在1美金左右。因此，GaN功率器件在低壓領(lǐng)域

（0-900V）首先商用，替代傳統(tǒng)的硅基功率器件。潛在市場(chǎng)規(guī)模約300億美元：按照工作電壓

來(lái)分類(lèi)，全球功率器件的68%左右應(yīng)用在0-

900V的低壓領(lǐng)域；以2021年442億美元的功率

器件市場(chǎng)來(lái)看，GaN功率器件的潛在市場(chǎng)規(guī)模

約300億美元。GaN功率器件在充電器產(chǎn)品的潛在市場(chǎng)規(guī)模約80億美金GaN器件制作的充電器體積小、重

量輕，在發(fā)熱量、轉(zhuǎn)換效率上比硅

基器件制作的充電器有顯著的優(yōu)勢(shì)，

大大改善了用戶(hù)的使用體驗(yàn)。GaN功率器件的應(yīng)用目標(biāo)主

要為筆記本電腦、手機(jī)、平

板等電源；目前來(lái)看，基于

GaN的充電器將成為首選。全球每年充電器銷(xiāo)售量大約為40

億只，按照每個(gè)充電器使用2個(gè)芯

片，每芯片1美金估算，GaN在快

充市場(chǎng)潛在規(guī)模大約為80億美金。GaN功率器件在數(shù)據(jù)中心行業(yè)具有可觀的降本增效空間提升效率：GaN器件制作的服

務(wù)器電源，相比于硅基產(chǎn)品，

功率密度可以提升2.8倍，轉(zhuǎn)換

效率可以提升7個(gè)百分點(diǎn)。降低成本：服務(wù)器用電是數(shù)據(jù)

中心最主要的成本，占比約50%

左右，使用GaN電源后，單機(jī)柜

年度電費(fèi)可降低2400元。提高收入：使用GaN電源后，單

機(jī)柜可裝服務(wù)器數(shù)量由30個(gè)提升

到34個(gè)，對(duì)于IDC服務(wù)商來(lái)說(shuō)，

單機(jī)柜租金增長(zhǎng)空間約13%。GaN功率器件在新能源車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用可能提前由于硅基GaN功率器件的工作電壓較低，而耐

高壓的SiC基GaN功率器件又比較貴，因此法國(guó)

Yole公司預(yù)估，GaN功率器件要到2025年后，才

有可能在電動(dòng)車(chē)上部署。GaN功率器件在新能源車(chē)上的應(yīng)用將提前：

IMEC實(shí)驗(yàn)室在4月29日宣布了工作電壓可達(dá)

1200V的硅基GaN外延片；若是商業(yè)化順利，硅

基GaN功率器件在新能源車(chē)上的應(yīng)用將提前。全球GaN功率器件市場(chǎng)將保持70%的增速，預(yù)計(jì)2025年達(dá)11億美元2020年-2026年，GaN功率器

件市場(chǎng)將保持70%的增速增長(zhǎng)，預(yù)

計(jì)2026年達(dá)11億美元。通信和消費(fèi)電子是推動(dòng)GaN功

率器件市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，

2026

年通信市場(chǎng)規(guī)模占比

20.3%,消費(fèi)電子占比61.1%。傳統(tǒng)車(chē)和新能源車(chē)會(huì)是GaN功

率器件應(yīng)用的一個(gè)全新場(chǎng)景，

2026年，市場(chǎng)規(guī)模會(huì)從2020年

的30萬(wàn)美元增加到1.6億美元。硅基氮化鎵外延技術(shù)壁壘高，難以在短期掌握硅基氮化鎵外延片技術(shù)壁壘高：生產(chǎn)是系統(tǒng)性工

程，原材料配方設(shè)計(jì)、制造工藝技術(shù)、配套設(shè)備工

藝設(shè)計(jì)、自主研發(fā)能力、資本實(shí)力、產(chǎn)業(yè)鏈資源等

各方面的能力儲(chǔ)備缺一不可。行星式反應(yīng)爐的控制難以在短期內(nèi)掌握：生

產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，需要：使晶圓片受熱均勻、控

制好摻雜濃度要控制好、控制晶圓上下面的

溫差、控制襯底邊緣的晶圓翹曲度。四、風(fēng)險(xiǎn)提示1、國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商資運(yùn)營(yíng)商5G建設(shè)再放緩的風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)營(yíng)商5G建設(shè)若再放緩，將使基站出貨量不及預(yù)

期，從而將使得SiC基GaN射頻器件需求不及預(yù)期。2、中美貿(mào)易摩擦的風(fēng)