《2023氮化镓行业简析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2023氮化镓行业简析.docx（15页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、2023氮化钱行业简析目录?氮化钱(GaN)定义11. 1.氮化钱材料定义11.2. 第一代半导体材料21.3. 第二代半导体材料21.4. 第三代半导体材料2?氮化钱技术及应用领域32. 1.概述32. 2.氮化铁衬底外延工艺42. 2.1.概述43. 2.2.氨化镇基氮化卷(GaN-On-GaN)42. 2.3,硅基氨化镣(GaN-On-Si)52. 2.4.碳化硅基氮化卷(GaN-On-SiC)52. 2.5.蓝宝石基氨化镇(GaN-On-SaPPhire)52. 3.氮化像(GaN)应用范围广泛5?国内外产业链日益完善6?氮化像下游应用73. 1.GaN在射频电子领域的应用74. 2.
2、5G基站助推GaN功率半导体业务增长85. 3.GaN在光电子领域的应用93.4.GaN在电力电子领域的应用103.4.1.快充带动GaN功率器件应用103.4.2.新能源汽车成为GaN功率半导体市场增长驱动力11?氮化钱(GaN)外延片产业链11?附件：中国氮化银(GaN)代表企业及业务13氮化钱(GaN)定义1.1.氮化锡材料定义氮化钱(GaN)是由氮和钱组成的一种半导体材料，因为其禁带宽度大于2.2eV,又被称为宽禁带半导体材料。氮化钱(GaN)外延片(GawUmNitride(GaN)EPiWaferS)是指在蓝宝石、硅、氮化硅和氮化钱等衬底上通过CVD设备、MBE设备、HVPE设备等
3、进行晶体外延生长、制成外延片，制成的外延片主要应用于光电，电子和电力和微波射频等领域，其中主要应用是光电领域。氮化钱(GaN)主要是由人工合成的一种半导体材料，禁带宽度大于2.3eV,也称为宽禁带半导体材料。氮化铁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。1.2.第一代半导体材料第一代半导体材料主要是指硅(Si)、楮(Ge)半导体材料，兴起于二十世纪五十年代，带动了以集成电路为核心的微电子产业的快速发展，被广泛的应用于消费电子、通信、光伏、军事以及航空航天等多个领域。1. 3.第二代半导体材料第二代半导体材料是以碎化钱(GaAs)、锦化锢(InSb)为主的化合物
4、半导体，其主要被用于制作高频、高速以及大功率电子器件，在卫星通讯、移动通讯以及光通讯等领域有较为广泛的应用。神化钱和磷化锢半导体激光器成为光通信系统中的关键器件，同时碎化钱高速器件也开拓了光纤及移动通信的新产业。2. 4.第三代半导体材料第三代半导体材料包括了以碳化硅(Sie)、氮化钱(GaN)为代表的宽禁带化合物半导体。第一二代半导体材料工艺已经逐渐接近物理极限，在微电子领域的摩尔定律开始逐步失效，而第三代半导体是可以超越摩尔定律的。相比于第一代及第二代半导体材料，第三代半导体材料在高温、高耐压以及承受大电流等多个方面具备明显的优势，因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。图2第三代
5、半导体性能比较在器件的性能对比上，GaN材料以及SiC材料在通态电阻以及击穿电压方面都具备较大的优势。氮化钱技术及应用领域2.1.概述第三代半导体材料应用可以分为微电子以及光电子领域，具体可以细分为电力电子器件、微波射频、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领域，有望突破传统半导体技术的瓶颈，与第一代、第二代半导体技术互补，对节能减排、产业转型升级、催生新的经济增长点将发挥重要作用。微波存储微光 显示可见 通信InGaN 太阳献半导体 照明产业范B件,无图3图4氮化钱技术及产业链图源：智慧芽2. 2.氮化钱衬底外延工艺2. 2.1.概述氮化钱最早是在1928年人
6、工合成出来的材料。但它的单晶生长很难，目前氮化钱衬底晶圆仍然偏贵。商业场景（LED/射频RF/功率器件）中使用的多是异质外延片。氮化铁器件所选用的衬底主要有Si、SiC、GaN.蓝宝石等，在此基础上进行氮化钱的同质外延或异质外延。硅（或碳化硅）衬底上生长硅（或碳化硅）外延层，衬底和外延相同材质称为同质外延；在硅（或蓝宝石，碳化硅）衬底上生长氮化家外延层称为异质外延。2. 2.2.氮化钱基氮化钱（GaN-On-GaN）GaN单晶衬底是外延GaN最理想的衬底，缺陷密度低，外延材料质量好。但GaN单晶生长设备要求高，控制工艺复杂，位错缺陷密度较高，良率较低，且相关技术发展较慢，GaN衬底片成本较高，
7、应用受到限制。主流GaN衬底产品以2英寸为主，4英寸也已经实现商用。2. 2.3.硅基氮化锡(GaNonSi)Si衬底成本低，GaN-On-Si生长速度较快，较容易扩展到8英寸晶圆；GaN-On-Si是硅基工艺，与CMOS工艺兼容性好，使GaN器件与CMOS工艺器件能很好地集成在一个芯片上，可以利用现有硅晶圆代工厂进行规模量产。GaN-on-Si外延片主要用于制造电力电子器件。3. 2.4.碳化硅基氮化锡(GaNonSiC)GaN-OnSiC结合了SiC优异的导热性和GaN高功率密度、低损耗能力，衬底上的器件可在高电压和高漏极电流下运行，结温将随RF功率缓慢升高，RF性能更好，目前多数GaN射
8、频器件的衬底都是SiC。受限于SiC衬底，目前尺寸仍然限制在4寸与6寸，8寸还没有推广。GaN-On-SiC外延片主要用于制造微波射频器件。2. 2.5.蓝宝石基氮化谷(GaN-On-SaPPhire)蓝宝石衬底通常采用MOCVD法外延生长GaN,主流尺寸为4英寸，主要应用在LED市场。在GaN器件中，衬底的选择对于器件性能起关键作用，衬底也占据了大部分成本，因而衬底是氮化铁器件降低成本的突破口。目前市场上GaN晶体管主流的衬底材料为Si、SiC和蓝宝石，GaN衬底由于工艺、成本问题尚未得到大规模商用。3. 3.氮化锡(GaN)应用范围广泛一一在功率器件、射频器件、显示领域应用广泛，支撑新基建
9、快速发展支撑“新基建”建设的关键核心器件:氮化钱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:第三代半导体可助力实现光伏、风电(电能生产)，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。图5氮化钱(GaN)的应用方向数据来源：苏州晶湛半导体国内外产业链日益完善器件模组I衬底(发光二管LED、场另应晶体管话:内的基三级管、.光二极*等)J应用场景,外M工艺I芯片工艺I封装工艺1美国安-Hf *4X w
10、oh、收号兜。EPiSTAR 元允q ep,s,l nMI.” 英“dS5rty苏华指憎泉序空吃电工 ；卜GC 启匚二二坛M*等州反体 At SYSTKMSK ( MUKII E 率身体YASKAWA j_中台充日内充* HUAWtI ANKTRSftZTE ? Q oppoE 2空整图6全球氮化镇(GaN)产业图谱图源：智慈芽从氮化线产业链公司来看，国外公司在技术实力以及产能上保持较大的领先。GaN龙头企业以IDM模式为主，其中Qorvo拥有自身的晶圆代工厂以及封测厂，在国防以及5G射频芯片领域具备较大优势，在2017年Qorvo最早推出39GhZ双通道GaNFET,并在2018年推出业内最
11、强GaN-on-SiC晶体管；Infineon则是专注于功率半导体领域，主要产品集中在6英寸GaN产线上，8英寸产线也在准备当中，公司是市场上唯一可以提供氮化像等全系列功率产品的公司。国内厂商包括苏州能华、华功半导体以及英诺赛科等，其中英诺赛科建成中国首条8英寸硅基氮化钱外延与芯片大规模量产生产线，公司产品在氮化钱快充领域具备国际领先的技术实力。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铁，目前已经实现2英寸氮化钱衬底产品量产，对于4英寸氮化铁仍处于研发及试生产阶段，与国际领先厂
12、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,其可以提供用于大功率集成电路及高频率通信领域的高品质氮化保外延片；比利时公司EpiGaN可提供4、6英寸氮化钱外延晶圆，广泛用于5G通讯、高效电力电子、射频功率、传感器等领域，目前公司已经率先实现了8英寸硅基氮化钱晶圆量产，生产工艺处于行业先进水平。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英寸氮化钱外延片生产线，在全球拥有超过150家著名半导体客户，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、GaNSys以及Navitas等公司，其主要是面向功率器件设计，安谱隆
13、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，极大提升了我国在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。?.氮化钱下游应用GaN下游应用广泛，主要有光电子领域、射频电子领域和电力电子领域。4. 1.GaN在射频电子领域的应用GaN射频器件主要应用于军用雷达、卫星通讯、5G基站等方面。根据Yole统计数据，2018年GaN整体市场规模为6.45亿美元，其中无线通讯应用规模为3.04亿美元，军事应用规模为2.7亿美元，未来在电信基础设施以及
14、国防两大应用的推动下，预计到2024年，GaN市场规模将增长至20.01亿美元，年复合增长率为21%,其中无线通讯应用规模将达到7.52亿美元，同比增长147.43%,射频相关应用规模从200万美元大幅增长至1.04亿元，增长近50倍。GMiRtary Wirelessinfrastructure Satellitecommunication,Wiredbroadband Commercialradar&avionics RFenergy Others图7全球GaN市场快速增长3.2.5G基站助推GaN功率半导体业务增长5G基站中主要使用的是氮化钱功率放大器和微波射频器件。GaN材料在耐高温、
15、耐高压及承受大电流方面具备优势，与传统通信芯片相比具备更优秀的功率效率、功率密度和宽频信号处理能力，应用在5G基站中更加合适。5G射频系统由于要使用到高频载波聚合以及高频带等多种新技术，整体系统复杂度大幅提高，因此使用GaN等新技术将大幅缩减系统功耗，图8中左侧为德化硅基MIMo天线，其由1024个元件构成，裸片面积为4096平方毫米，辐射功率为65dBm,如果采用GaN材料来制作，整体元件数量将减少至192个，裸片面积仅为250平方毫米，仍能保持辐射功率不变，虽然价格有一定程度的提高，但是功耗降低了40%,成本可以降低80%。, 65 dBm radiated power (EIRP)40%
16、 Less Power Consumed94% Smaller Di Area80% Lower CostGaN4)Md MIMOZkntenna1X5 cmTRlCDGaNAdvantagesformmW5GInfrastructureSimplifiesbasestationarchitecture 192elements,Diearea:250mm? 65dBmradiated图8GaN在5G射频系统中优势明显3. 3.GaN在光电子领域的应用GaN光电器件产品主要包括Mini-LED和MiCrOLED。与传统LED相比，芯片量级更小，高清显示性能更好，可以应用于超大屏高清智能电视、消费
17、电子显示屏，以及手机、电脑等消费电子背光应用，VR/AR等多个领域。显示屏发展方向：轻薄化、小型化、低功耗、高亮度MiCrOLED显示技术优势：自发光，低功耗，高亮度，超高分辨率，小尺寸，高酸乡彻口度高反应速度的MiCrOLED是如今非常热门的新一代的显示概念，将成为LED未来的发展方向侬黑导藻疑寰CW师2家图9GaN在光电子领域的应用优势MicroLED技术近年来高速发展，中国的技术储备全球领先近几年为Micro/MiniLED技术的高速发展期；中国专利申请趋势与全球总体一致，并且近5年发展迅猛全球领先。海外FaCeboOk和苹果公司分别位列第一、第二，国内京东方、歌尔股份、三安光电等也都名
18、列前茅。Micro/MiniLED全球专利主要申请人排名12010080图IOMiCrO/MiniLED全球专利主要申请人排名数据来源：智慧芽3.4.GaN在电力电子领域的应用GaN高效率、低损耗与高频率的材料特性使其在消费电子充电器、电源适配器等领域具有相当的渗透潜力。3.4.L快充带动GaN功率器件应用与传统充电器相比，相同功率下的GaN充电器体积更小，质量更轻携带便利。GaN充电器充电功率大，充电速度快，可满足多台设备同时充电的场景需求，且价格相对便宜。小米、华为、努比亚等手机厂商开始入局氮化钱充电器市场，氮化钱充电器市场已经进入百花齐放的时代。氮化钱的应用加速了快充充电器的市场发展。华
19、经产业研究院数据显示，预计到2026年，中国氮化钱充电器市场规模将上升至50亿元。因此，GaN充电器在消费电子快充领域市场需求量大。此外，光伏、数据中心、云计算等领域都在不同程度为GaN功率器件市场增长提供助力。例如，随着“东数西算”工程、智慧城市等建设不断推进，数据中心建设迎来提速。同时，随着数据中心建设体量的增加，数据中心市场耗电量未来一段时间将持续走高。因此降低能耗、建设绿色数据中心成为发展趋势。而在数据中心的使用场景下，氮化钱凭借高效率的优势，可带来显著的节能增效并降低成本。3.4.2.新能源汽车成为GaN功率半导体市场增长驱动力GaN功率半导体主要应用于新能源汽车的车载充电器OBC、
20、De-DC/DC-AC、BMS电池管理系统等。 Others, audio, medical. R&D . Server and data centers UDAR Wireless power Envciop tracking UPS PV EV/HEV (including chargt, d DC-ppiy图11车规级功率器件市场占比(Es) gs we数据来源：Yole头豹研究院数据显示，GaN功率半导体可在节能70%的同时使新能源汽车充电效率达到98%,增加5%续航。目前已有丰田、宝马等多家汽车厂商入局GaN领域。中汽协数据显示，2022年全国新能源汽车销量达到680万辆，同比增长9
21、3.4%,渗透率爆发式提升，汽车电动化等级提升显著增加了功率半导体单车价值量。未来，新能源汽车数量的不断增长、渗透率的提升，GaN潜在市场空间巨大，拓展新能源汽车应用市场、提高渗透率是GaN行业重要的发展趋势。?.氮化钱(GaN)外延片产业链随着国内外延生长技术的进步和应用技术不断开发，氮化像(GaN)外延片的应用正在逐步扩大。2022年全球氮化线(GaN)外延市场规模从2018年的2.58亿美元增长至4.69亿美元，预计2023年全球氮化钱(GaN)外延市场规模有望达到5.53亿美元。X蓝宝石、桂、氮化武和氮化镶等CVD(ChemicalVaporDeposition*化学气相沉枳)设备、M
22、BE(MolecularBeaaEpitaxy分子束外延)设备、Hvre设备等上游制图：共研产业咨询(共研网)图12氮化钱(GaN)外延片产业链制图：共研产业涔询(共研网)2018-2023年全球氮化谷(GaN)外延市场规模情况图132018-2023年全球氮化钱(GaN)外延市场规模情况目前，全球主要厂商位于美国、欧洲、中国和日本。包括日本先端技术科技有限公司，晶湛半导体、Wolfspeed.SUMlTOMO住友集团、EPiGaN等。其中晶湛半导体是中国企业，目前已拥有全球超过150家的著名半导体公司、研究院所客户。中国企业还有江苏能华和苏州纳维科技。表1全球及中国氮化线(GaN)外延片市场
23、竞争情况-企业名称企业介绍NTT-AT(日本先端技术科技有限公司)是日本最大的电信运营商NTT(日本电报mttt电话公司)的全资子公司。其致力于通过NTT的R&D活动推进光通讯相关技术和产NTTAT品的更新换代。这些相关的产品和技术目的是帮助光通讯的相关企业在制造和维护光通讯器件达到最高的性价比。三=晶湛半导体坐落于江苏省苏州工业园区纳米城和无锡锡山区,致力于第三代半导体能限导关键材料一一热化像(GaH)外延材料的研发和产业化。目前，已拥有全球超过150体家的著名半导体公司、研究院所客户。WVolfspeed是科锐旗下的一个部门一一WolfspeedPower&RF(功率与射频)Wollspe
24、e部门。VOlfSPeed生产的碳化武芯片在电动和混合动力汽车市场又明显优势，在全球d未来数年可能会逐海取代传统芯片。SUMrrOMO住友集团是日本最古老的企业集团之一，拥有SumitOBO400多年历史。17世纪由住友政友1585-1652在京都创办的“富土屋”发祥而来。Epi GaN晶湛半导 体中国江苏能华苏州纳维科技EPiGaH成立于2010年，是位于比利时鲁汶的知名研究机构ImeC的分拆公司。公司 专注于向最高性能电源管理和射频半导体制造商提供世界领先的III族氮化物外 延材料晶片解决方案。EPiGaN为元件制造商提供独一无二及历经蛉证的最新电源 管理技术，可应用于消费类电子设备的电力
25、供应、混合动力电动汽车和太阳能逆 变器等可再生和清洁技术能源、无线射频基站和智能电网应用等关键市场领域。晶湛半导体坐落于江苏省苏州工业园区纳米城和无锡锡山区,致力于第三代半导体关键材料一一激化像(GaH)外延材料的研发和产业化。目前，已拥有全球超过150家的著名半导体公司、研究院所客户。江苏能华微电子科技发展有限公司由海外归国高科技人才创办于2010年，核心技术团队包括从外延生长、器件设计、工艺制程到封装测试各环节的专家，是一家专业设计、生产和销售以氨化像(GaN)为代表的化合物半导体高性能晶图、器件的高新技术企业。作为国内最早建成以氮化镜功率器件为主的IDM公司，目前公司的产品线涵盖氮化镣外延片、氮化镣功率场效应管、氮化链集成功率器件以及氮化侬芯片代工等。并且能华半导体是全球少数同时摹握增强型GaN技术、耗尽型GaN技术和耗尽型GaN直驱方案的半导体公司。苏州纳维科技有限公司成立于2007年5月，公司以中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所为技术依托，专注于从事氮:化镣衬底晶片及相关设备的研发和产业化，提供各类筑化俵材料，目前公司拥有核心技术专利近二十项，是中国首家软化依衬底晶片供应商。制图：共研产业咨询(共研网)?.附件：中国氮化锡(GaN)代表企业及业务图14中国氮化钱(GaN)代表企业及业务三三三三数据来源：CASAResearch
