当前第三代化合物半导体氮化镓（GaN）异常火爆，备受产业界和投资者追捧，但热潮之下的氮化镓产业的发展现状如何？氮化镓的春天是否已经到来？

2月28日，第二期集微龙门阵之“氮化镓时代来了吗？”邀请四位重量级嘉宾成功举办了线上互动交流活动，有281人以腾讯视频会议形式参与了现场交流，通过爱集微APP线上直播与回放参与人数达7000多人。

第二期集微龙门阵

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集微龙门阵线上论坛现场

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本次集微龙门阵以“当前氮化镓之所以火爆的原因”为主题，由瑞芯微CMO、半导体投资联盟副秘书长陈锋主持，耐威科技董事长杨云春、苏州能讯总经理任勉、纳微（Navitas）中国区总经理查莹杰、小米产业投资部技术总监李志杰等嘉宾一起畅所欲言，分享了关于氮化镓产业发展的思考与精彩观点。 

四位嘉宾将与线上观众围绕“当前氮化镓之所以火爆的原因？”“不同应用领域的技术难点和应用挑战？”“GaN和SiC哪个更有应用优势？”“国内外氮化镓产业发展的差距？”等话题进行交流分享，另外还邀请了元禾璞华董事总经理祁耀亮、华登国际合伙人王林、深圳基本半导体有限公司总经理和魏巍、广西芯百特微电子有限公司董事长张海涛等作为互动嘉宾进行交流互动。以下是本次集微龙门阵嘉宾的精彩观点集锦，希望对大家有所启发。

当前氮化镓之所以火爆的原因？

耐威科技董事长杨云春表示：GaN作为一个新型的宽禁带第三代化合物半导体，具有高击穿电场、高饱和流子速度等优势，在应用层面上，可以提高频率、减少体积、降低功率等。耐威科技从2015年开始做技术储备，在2017年进入了这个领域。

其实氮化镓最早发展在上个世纪，主要面向LED领域，随着氮化镓应用领域扩展到微波、功率器件，尤其是在消费类的功率器件获得了崭露头角的应用，我们希望在氮化镓起来之后，能够得到消费者应用之后，也能够通推动功率或者是微波器件的高速发展。

苏州能讯总经理任勉表示:我们研究GaN已经有10多年了，只不过在小米的带动下，将GaN产品推到了C端应用，市场才火热起来，事实上，GaN时代的标志应该是从2000年诺贝尔物理学奖开始。在应用方面，氮化镓（GaN）是从LED，到射频器件，再到Power的应用，这是一个不断扩展的过程。

在LED领域，GaN就是不可替代的。射频GaN的核心在于带宽和高效率，2018年，基站里面的氮化镓功率放大器的出货量已经超过硅基产品了，2019年有超过50%的基站是氮化镓基站。

氮化镓进入了power时代是从去年年底开始。目前Power氮化镓还是一个充满竞争的领域，对其成本要求比较高，需要与硅比拼成本、性能，其产业发展还不够成熟。

在Power领域，氮化镓的成本更敏感，它需要更大尺寸加工的晶圆来降低成本，所以它基本上都会是在更高尺寸，比如6英寸或者8英寸。现在碳化硅器件的主流还是4英寸，6英寸已经开始一些尝试。在不同的应用领域，需要应用不同的衬底材料，当下的主流就是6~8英寸氮化镓产品用在power，4~6寸的氮化镓产品用在射频领域。 

纳微（Navitas）中国区总经理查莹杰表示：在功率芯片领域，成本是一个非常敏感的话题。过去几年，行业主要解决的是氮化镓涉及的热膨胀系数等问题，目前台积电非常完美地解决了制程的可靠性问题，这也是技术节点的变化。同时，在成本角度，从过去三年来看，成本每年以20%-30%的比重在下降，这给了纳微非常勇敢地进入这个市场的勇气，也是GaN迎来爆发式增长的关键节点。

为什么过去几年没有火爆？基于氮化镓的价值体现不太一样。目前氮化镓主要关注的两大领域，一个是中大功率市场，比如服务器电源和5G基站电源，属于高能耗行业，通过效率的提升，从而带来电费的大幅度下降；另一个是消费类市场，客户的直观体验，需要更美观和更便携，对于相对贵的产品要买更好的体验，这是消费类的主要驱动力。

此次，小米推出的氮化镓充电器，从终端客户的反馈来说，在消费类领域，预示着氮化镓的春天来了。

氮化镓的春天来了，主要是两个方面：第一个是市场驱动，5G手机最严重的问题便是功耗问题，解决有两个方向，包括无线充电和提高充电速度；另外一个是生态建设，纳微过去四年所致力于的方向，所谓的紧耦合高频电源生态建设，是在工业应用领域相当忽视的方向，包括晶圆的外延和代工；此外还有高频控制器，实际上是电源结构的颠覆。

当前，纳微与小米合作的氮化镓充电器采用拓扑结构，与TI合作的控制器。除了控制器以外，还有高频磁芯、高频变压器等设计生态都是颠覆性的行业，让氮化镓走向消费类和公众市场的重要环节。

小米产业投资部技术总监李志杰表示：我觉得氮化镓充电器的发展应该从两方面看，首先是需求来看，现在充电器功率是越来越高，有线充电的功率已经奔着100W去了，当这个充电功率上升到100w，它的尺寸会大到不可想象的程度，很不方便携带，但是随着氮化镓技术的积累，我相信它会让充电器的尺寸缩小到一定程度。

另一方面是从成本来看，其实成本每年都有在下降，我相信手机标配的氮化镓快充出货量如果是达到几千万甚至上亿的量，将会带动成本快速的下降。从需求端和成本下降这两点来看，目前应该是到了一个时间节点，我们小米10的发布，我认为是在一个合适的契机触发了这个事件的发生。

作为互动嘉宾的元禾璞华董事总经理祁耀亮表示：氮化镓有开关速度更快、能效更好等特性，对于半导体从业人士来讲，在摩尔定律逐渐失效的背景下，业界正对氮化镓等第三代化合物半导体趋之若鹜。尤其是随着5G的来临，氮化镓有天然的优势来作为必不可少的功率器件，OPPO和小米发布氮化镓快充，都是快速把氮化镓功率产品带入到消费类领域，这个领域也已经真正实现量产化。

从投资的角度来看，当前氮化镓为什么这么火爆？祁耀亮认为，除了产业应用优势之外，近几年地方政府也愿意投资氮化镓等第三代化合物半导体，带动了这方面的投资，使氮化镓越来越能商业化，越来越能投向市场，所以现在爆发也是必然，当然，我们作为投资者也希望以更冷静的眼光来看产业发展的问题和规律。

不同应用领域的技术难点和应用挑战？

耐威科技董事长杨云春表示：在功率领域，器件的耐压导通性能、动态性能在消费类的高可靠性应用非常重要，耐威旗下的聚能晶源去年9月份开发了8英寸650V/700V高质量的硅基氮化镓（GaN-on-Si）外延晶圆，在700V以上保持了很低的漏电水平。同时，保持了外延材料的高晶体质量、高均匀性，在长时间有效寿命测试方面也表现不错。

同时，耐威旗下的另一家公司聚能创芯开发了两个系列的氮化镓功率器件，主要面向快充、家电和服务器领域，以常见的650V器件为主，输出的电流大小不等，可以满足不同领域的高性能的氮化镓功率器件需求。

在微波领域，传统的军工方面TR组件芯片之外，还有针对功率的密度、频率、效率、线性度的要求较高，耐威旗下的聚能晶源针对微波射频应用，开发了基于6寸碳化硅的氮化镓外延片或8寸高阻抗的硅基氮化镓外延片，来满足微波射频领域的苛刻要求。

在光电领域，除了大家都熟悉的LED领域，最近可能比较流行的就是Micro LED，目前在VRAR领域有广泛的应用，对于LED而言，肯定是对材料的均匀性提出了很高的要求，需要保证大尺寸氮化镓晶圆上的LED单元亮度很均匀，聚能晶源在这方面也进行了相关的探索。

目前，我们基于6寸碳化硅的氮化镓外延片或8寸硅基的氮化镓外延片，整个测试的性能和指标跟国际同行对比，应该相当或者是不差的。

苏州能讯总经理任勉表示:从产业的角度来看，氮化镓在射频器件的产品形态主要还是分立器件，现在分立器件的主流还是IDM模式，从外延材料的生长、器件的设计，到工艺制造基本都是一个工厂独立完成。这就相当于把过去传统的材料、设计、工艺整合在一起。在这样的一个背景下，射频器件的大量出货，它的供应链运营是一个最大的难题。还有一个问题就是业界对氮化镓的产能、可靠性、质量保障等还有顾虑，这些问题比技术问题更严重。

任勉认为，IDM是当前氮化镓产业的主流，但随着产品的集成度提升，氮化镓产业开始出现分化，出现代工厂、设计等公司。比如，氮化镓在5G的高频段上的毫米波段会以各种产品形式出现，产业也会分裂出来，有人专门做代工生产，有人专门去搞设计，因为那个时候产业已经足够大，而且设计能够创造更大的价值，那时自然会产生出不同的业态。

纳微（Navitas）中国区总经理查莹杰表示：从数据上来看，去年氮化镓芯片在射频器件领域出货量在300-500万颗，今年在消费类产品中预计出货量在1500-2000万颗。

查莹杰坦言，当前供应链的难点体现在产能层面，基于设计公司的多样化，以及每个厂商对封装的理解和产品形态的需求不一样，为此，如何保障供应链的安全，需要整个产业去解决。

在电力电子应用领域，除了快充之外，有两个比较大的市场，包括低压产品线和大功率产品线。一方面，低压产品线将是未来最大的市场。目前服务器电源等高能耗行业，可用氮化镓提升DCD的效率；另一方面，在大功率产品领域，针对5G微基站的电量耗损问题，运营商提出了功率密度和效率提升的挑战。对此，作为芯片公司，提升单芯片的集成度和简化外围电路，是目前研究的前沿方向。

小米产业投资部技术总监李志杰表示：产能问题是未来重点布局规划的，因为氮化镓在充电器的应用现在已经进入手机市场，虽然还没标配，但我们可以乐观地预测一下，如果氮化镓在手机充电器产品上实现标配，是一个什么样的局面？

现在全球每年出货规模的手机数量达到10亿部或者以上，其中高端大概2-3亿部，所以氮化镓充电器的产能要跟需求规划好；另外一方向就是良率要上去，成本要下来。小米刚发布的这个氮化镓充电器是149元，成本一定要再下降，才能够做到标配的水平让大家都能用得到这个氮化镓的充电器；在技术实现的同时，成本也要下降，这也是未来研发的一个方向。

作为互动嘉宾的华登国际合伙人王林表示：从华登的角度来看，我们观察第三代半导体也有一段时间，但到现在还没有真正出手，原因是出于对其存在难点的考虑。其实第三代半导体的历史已经非常悠久，在军工、航空、航天等大部分领域都有应用，这些领域也不是我们投资的重点。我们从去年开始系统地观察第三代半导体，发现几个问题。第一个是产业化的问题，一般我们都是投资芯片设计公司，投设计公司就意味着最关键的Know-How是在设计公司手里，我们深入观察发现氮化镓公司的设计能力其实不是那么重要，但如果脱离第三代半导体材料衰减等外沿特性，不掌握Know-How，不做好Driver和封装测试等，这个公司是很难做大的，所以说氮化镓产业化难点太多，是需要一个公司去整合的问题。

另外关于IDM还是Fabless产业分工的问题，王林称，其实我们对这个也是深有感触，虽然现在是第三代半导体，但从第一代和第二代来看，第一代是硅，硅的功率器件做到顶级厂家应该都是IDM厂商；第二代砷化镓射频芯片，国际上做到顶级的是Skyworks和Qorvo都是IDM模式，国内三安光电也是IDM模式，当然砷化镓也有Fabless公司出现，我们也投资了，但能否做到顶级的行业地位和产业化能力是有担心的；从第三代半导体氮化镓来看，还是需要走IDM模式，这个模式如何去突破，这可能就需要非常多的团队去合作突破，当然从我们的角度也是希望看到这样的一个公司出现，能够在这方面做一个突破。

GaN和SiC哪个更有应用优势？

耐威科技董事长杨云春表示：GaN和SiC都属于第三代半导体，在宽禁带和击穿电场方面都有相同的特性，都适合做功率电子应用，氮化镓具有高导通能力，氮化镓的异质结是碳化硅不具备的，因此，氮化镓相对碳化硅更具有速率和效率方面的优势；另一方面碳化硅起步较早，更加成熟，有一定的成本优势，良率、热导率也会更好些，因此在超高压大功率有更强的散热优势。简单来说，在功率系统里，大于10KW以上的汽车逆变器、轨道交通、发电等应用领域，碳化硅更有优势，在10KW以下的快充、智能家电、无线充电、服务器等应用领域，氮化镓有更多的优势。

苏州能讯总经理任勉表示：虽然GaN和SiC都是宽禁带的半导体，但是他们还是有很大的区别。氮化镓主要利用它的二维电子气，它有一个快速的迁移率，但是碳化硅没有二维电子气。无论是在射频器件领域，还是在电力电子领域，GaN还是一个平面型器件，目前还没有达到规模化的程度，这是它的器件结构形式限制了一些应用。

而碳化硅由于没有二维电子气，导致其无法在高频器件上使用。所以碳化硅现主要应用在功率器件方面，可充分发挥其耐高温、耐高压等方面的优势，同时碳化硅可以通过各种各样的器件形式出现，包括MOSFET、IGBT等，所以碳化硅的应用比较多样化。而碳化硅的生长方式导致成本较高，这是限制了碳化硅产业发展的一个核心原因。

纳微（Navitas）中国区总经理查莹杰表示：在电子电力领域，主要是电压和功率往上探。在电压层面，将电压从650伏升级到1200伏，就会面临成本和工艺等代价。在功率层面，主要专注于3千瓦以内的场景，10千瓦到15千瓦也不会有太大问题。从千瓦级的应用，已正面与碳化硅形成竞争。

谈及5G基站电源领域的竞争，氮化镓具有两大优势。第一是成本优势，在电力电子领域，主要是基于硅基氮化镓具有天然性的优势；第二是平面性结构，在电力电子领域，可以高集成度，可以简化外围电路。

作为互动嘉宾的深圳基本半导体有限公司总经理和魏巍表示：我们公司主要是做SiC功率器件，前面嘉宾也说到SiC主要是用在功率器件上，而氮化镓的应用领域就比较广。其实两者在功率里面可以按几种分类来看它们的应用，一个是电压的差别，650伏以下基本没有SiC器件，而650伏以上氮化镓实际应用的就不是太多；另一个是功率的差别，3000w以下和消费类产品SiC是做不了的，但在一些大功率的应用，像是在光伏、电动汽车等领域还是以SiC为主。

和魏巍认为，氮化镓和SiC在具体的应用领域也有一些区别，各自都有一些对方无法触及的领域。SiC有比较适合高压的应用，比如3300伏特的轨道交通以及电网领域，此外SiC在电动汽车方面也有比较好的应用，一个是车载充电器OBC，一个是车载DCDC转换器，这些产品主流还是用SiC比较多，但也有些公司开发了基于氮化镓的方案。另外，电动汽车充电桩的单模块功率比较大，现在应用硅加碳化硅的混合应用方式比较多，以及电动汽车的主机电器也批量采用SiC器件。

和魏巍也强调，SiC和氮化镓在不同的应用领域都各自有优势，虽然有些许重叠，但是在各自的主战场是不会重叠的。目前SiC衬底的供应商中Cree大概占60%左右的市场份额，国内有两家企业能够提供比较大量的SiC衬底，一家是北京的天科合达，另一家就是华为去年投资的山东天岳。

国内外氮化镓产业发展的差距？

耐威科技董事长杨云春：GaN起步相对较晚，2005年后氮化镓才应用在微波或功率器件，所以从这个角度来讲，氮化镓是我国与国际半导体差距最小的分支，我国在氮化镓的起步并不晚，尤其是在LED、雷达方面国家近年来大力扶持，因此这块比较具有领先地位，在微波和功率器件方面，近几年除了国家政策的支持外，有很多国内企业向此进军，耐威科技也成立了聚能晶源和聚能创芯，在氮化镓的材料和器件升级方面已经具备了一定水平。

当然，代工或产能确实是门槛，IDM模式从做大做强和成长迭代方面肯定具有优势，耐威去年和青岛西海岸签约，计划投资生产和制造。最近国内市场从功率、微波都比较有优势，加上国内一流的人才集聚以及资本的力量，相信国内能很快赶上来。目前，耐威科技在8英寸外延片良率超过80%，接近90%。

苏州能讯总经理任勉表示：在GaN射频领域，中国厂商跟国际厂商还是有差距。目前国际上主要的射频器件工厂包括日本的住友、Cree、恩智浦等，而国内主要是13所、55所两个国家队，有非常强的实力，还有三安光电、苏州能讯等。

与国外公司相比，国内企业无论是技术的全面性，还是产能规模、供应链的运营水平，以及整个解决方案落地能力、客户渠道等等，都存在差距。所以说我们无法迅速超车，我们应该要正视这个现实，同时不是我们没有机会，实际上我们的机会就是5G市场需求。

GaN的工艺基本上是在0.4微米，接下来毫米波是0.1微米，也就是100纳米，所以它的设备基本上都是隐藏在了LED工业和微电子工业之后，GaN对设备的要求不是很高，对工艺复杂度要求很高，它的复杂度在于实现材料生产、工艺、设计的融合，多学科、多工业的融合，需要IDM模式。

纳微（Navitas）中国区总经理查莹杰表示：当前整个氮化镓的生态，从外延到芯片设计，再到应用生态。在整个生态里面，最大的优势在于贴近市场和客户，有试错空间，也有客户愿意创新性地使用产品，给予试错机会。

当前，短板也非常明显：在外延领域，目前氮化镓在功率半导体上能大批量量产，主要是6英寸的工厂；而在国内市场，有厂商已布局开发8英寸，在良率提升的基础上，将在外延领域占据先导地位。

在应用生态领域，除了控制器本身的开发，更深层次在于拓扑结构，也就是学术领域的积累。因而，当前氮化镓生态链中，最薄弱的一个环节就是设计公司，即人才。纳微主流的技术团队是中国人，正在快速本土化；但整个氮化镓设计业人才非常缺乏，在工种领域的短板很明显。

小米产业投资部技术总监李志杰表示：现在手机的氮化镓适配器方案就两家，我们看的主要就是PI和纳微，我们现在用到的全部是纳微的方案。从我们了解的情况看，现在国内还是有很多企业，包括一些Fabless公司都有在做氮化镓控制器的方案。

另外现在氮化镓的产业生态，首先是市场在国内，并且国内有很多像小米这样的产业资本，财务投资，在资本推动下，我们能够培育氮化镓的相关产业链，并让它快速地成熟和发展起来。

作为互动嘉宾的广西芯百特微电子有限公司董事长张海涛表示：当前，从产业分工和产品阶段等角度划分的话，氮化镓产业链包括从衬底到外延，再到工艺、器件、电路系统等，其核心技术在于衬底、外延和工艺，这部分与材料和加工相关。

从氮化镓专利角度来看，大部分专利都与材料和工艺相关；从应用场景来看，这些专利中，大部分核心专利和高价值专利都掌握在日韩、欧美等全球知名电器和电子公司手中，包括外延生长工艺、蚀刻工艺等。当前，中国进入这个领域的时间不长，但专利增速较快，重要在于提高专利的核心价值。

此外，IDM是氮化镓的产业主流，需要一个完成的生态，就要求国内厂商从底层材料到最终产品都做到了如指掌。同时，要做好各个环节的融会贯通，才有与国外厂商PK的机会。目前，核心技术最终体现在产品性能上，包括产品的工艺密度、效率、可靠性、良率和产能等等。

张海涛认为，技术层面不是一天两天能赶上的，近几年产业频出弯道超车的说法，但我个人不太认同，公司还是需要吸纳人才，“耐得住寂寞，不断积累，练好内功”，才能不断缩小与国际厂商的差距。（校对/范蓉）