智慧芽：2021年第三代半导体-氮化镓GaN技术洞察报告（52页）.pdf

1、第三代半导体-氮化镓(GaN)技术洞察报告2021 insight of Innovation2021 insight of Innovationin Wide bandgap semiconductor(GaN)industry氮化镓技术概况 技术简介 技术发展现状 技术创新概况2氮化镓（GaN）简介3产业链成熟、成本低，适用于低压、低频、中功率场合，是目前半导体器件和集成电路主要制造材料高频性能较好，广泛应用于卫星通信、移动通信和GPS导航等领域。但资源稀缺，有毒性，对环境危害较大宽禁带、高击穿电场强度和高热导率，具有可见光至紫外光的发光特性。适用于半导体照明、高压、高频、大功率领域1.1

2、21.12第一代半导体第一代半导体硅（Si）锗（Ge）第二代半导体第二代半导体砷化镓（GaAs）磷化铟（InP）第三代半导体第三代半导体氮化镓（GaN）碳化硅（SiC）禁带宽度（禁带宽度（eV)eV)1.41.42.32.3氮化镓材料定义氮化镓材料定义:氮化镓（GaN）主要是由人工合成的一种半导体材料，禁带宽度大于2.3eV2.3eV，也称为宽禁带半导体材料宽禁带半导体材料氮化镓材料氮化镓材料为第三代半导体材料的典型代表，是研制微电子器件、光电子器件的新型材料氮化镓(GaN)技术及产业链已初步形成，相关器件快速发展4氮化镓单晶衬底氮化镓单晶衬底器件芯片设计器件芯片设计+制造制造+封测封测芯片的

3、应用场景芯片的应用场景衬底衬底n n-GaNGaNp p-GaNGaN发光层发光层n n-电极电极p p-电极电极发光二极管发光二极管LEDLED氮化镓基氮化镓基FETFET氮化镓肖特氮化镓肖特基二极管基二极管汽车汽车显示显示快充快充手机手机智能电网智能电网5G5G基站基站紫外杀菌紫外杀菌军工雷达军工雷达初始阶段初始阶段19861986年年-19941994年年飞速发展阶段飞速发展阶段19981998年年-20072007年年LEDLED大规模商用化、大规模商用化、功率功率/射频器件快速发展射频器件快速发展20082008年年-至今至今技技术术发发展展日本科学家Maruska等人采用氢化物气相

4、沉积技术在蓝宝石衬底表面沉积出了氮化镓薄膜，但质量较差萌芽阶段萌芽阶段19691969年年1、1986年，赤崎勇和天野浩采用MOCVD法获得了高质量GaN薄膜，并于1989年在全球首次研制出了PN结蓝光LED2、1992年，中村修二以双异质结构代替PN结，研制出高效率GaN蓝光LED 1、1998年，美国Cree公司开发首个碳化硅基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)US6486502B12、LED照明商业化1、2014年，英飞凌收购IR公司2、2019年，美国Cree公司陆续出售LED相关业务，聚焦GaN射频器件和SiC电力电子器件1、2008年，美国Cree公司推出首个氮化镓射频器件2、2

5、009年，EPC公司推出第一款商用增强型氮化镓（eGaN）晶体管3、2010年，IR公司推出商用GaN集成功率器件产产业业范范畴畴氮化镓(GaN)应用范围广在功率器件、射频器件、显示领域应用广泛，支撑新基建快速发展在功率器件、射频器件、显示领域应用广泛，支撑新基建快速发展支撑“新基建”建设的关键核心器件支撑“新基建”建设的关键核心器件：氮化镓是目前能同时实现高频、高效、大功率代表性材料，下游应用切中“新基建”中 5G 基站、特高压、新能源充电桩、城际高铁等主要领域高效电能转换，助力“碳达峰，碳中和”目标实现高效电能转换，助力“碳达峰，碳中和”目标实现：第三代半导体可助力实现光伏、风电（电能生产

6、），直流特高压输电（电能传输），新能源汽车、工业电源、机车牵引、消费电源（电能使用）等领域的电能高效转换，推动能源绿色低碳发展5数据来源：苏州晶湛半导体全球氮化镓（GaN）产业规模呈爆发式增长功率器件和射频器件将形成百亿级产业规模功率器件和射频器件将形成百亿级产业规模20202020-20262026 氮化镓功率器件市场规模及预测氮化镓功率器件市场规模及预测 2020年GaN功率器件整体规模为 0.460.46亿美元亿美元 受消费类电子、电信及数据通信、电动汽车应用的驱动，预计到2026年增长至 11 11亿美元亿美元 复合年均增长率（复合年均增长率（CAGRCAGR）为）为 7070%数据来