氮化镓再来袭，机遇与挑战共存

    在整个产业即将进入国家战略规划消息的鼓舞下，第三代半导体技术再次夺人眼球。氮化镓并不是一个新鲜事物，它已经在国外发展几十年了，在国内也早有研究，之不多主要应用在军工等高精尖领域。直到最近几年，它才逐渐在消费、工业和汽车领域使用。

    氮化镓是一种由氮和镓组成的半导体材料。因为它的禁带宽度超过2.2 eV，因此也被称为宽禁带半导体材料。氮化镓功率器件的功率是常规硅基器件的数十倍，氮化镓比硅禁带宽度大3倍，击穿场强高10倍，饱和电子迁移速度大3倍，热导率高2倍。同时，它们具有更强的输出和更小的尺寸。氮化镓比硅更适合做大功率高频的功率器件，有望成为未来功率半导体的突破性材料。

中国是全球最大的金属镓市场

    在半导体材料领域，金属镓是砷化镓和氮化镓的重要成分之一。 目前，我国是世界上最大的镓金属生产国、消费国和出口国。2019年，我国原生镓产量为356.6吨，同比下降11.7％。消费量为262吨，与2018年基本持平。 同时，我国主要镓的生产和消费分别占世界总量的95.2%和48.9%。

下游射频器件应用规模占比达91%

    在应用方面，目前氮化镓主要用于制造射频设备和电力电子设备。 LED照明、激光器与探测器是目前氮化镓主要的应用市场，2019年的营收规模为400亿美元，其中射频氮化镓市场占氮化镓总尺寸的91%。

    但是，氮化镓在5G射频和功率器件方面的发展更令人关注。

    砷化镓和LDMOS适用于当前的5G Sub-6标准频率，即不超过6GHz。但是在5G毫米波标准中，LDMOS不再适用，并且28GHz频带中的砷化镓可以继续使用，但40GHz频段标准砷镓非常困难，需要引入氮化镓。67GHz标准频段只能由氮化镓独揽，因此可以说5G和氮化镓是完美搭配。5G是一个巨大的体系，他的强大需要多方力量的支持。 在这个系统中，中国在芯片方面略显微弱，其他领域均位居世界前列，而第三代氮化镓芯片时代也打破了以前一无所有的境遇。

    氮化镓功率器件的开关频率高、导通电阻低以及电容低，可在高频条件下保持高效率运转。此外，氮化镓功率器件的平面架构允许其集成外围驱动和控制电路，从而减少IC的体积并显著节省成本。从光学到射频器件再到功率器件，氮化镓的应用得到不断扩展和突破。

氮化镓价格昂贵，全面爆发尚需时日

    在自然界，不存在氮化镓这种物质，它是集人类智慧、由人工合成的，纯靠气体反应合成。由于反应时间长、反应副产物很多、设备要求高，工艺复杂、产能低，氮化镓单晶材料非常难得，价格也较高，2英寸售价便高达2万多，因此以往主要应用于军事等高精尖领域中，很少涉及民用市场。在高昂的成本下，氮化镓产业难以与产业链成熟的硅材料相抗衡，这是氮化镓市场尚未完全爆发的重要原因之一。

同台竞争，机遇与挑战并存

    纵观全球氮化镓企业，国外公司在技术和生产能力上处于相对领先地位。其中，美国的Qorvo拥有自己的晶圆代工厂和测试厂，在国防和5G射频芯片领域具有显著优势；德国Infineon专注于功率半导体领域，产品主要集中在6英寸氮化镓生产线上，8英寸生产线也在发展中。总的来说，氮化镓在欧美日等多个地区具有30多年的发展历史，已经形成了相对成熟的产业体系。

    自2008年以来，在政府部门的领导下，中国通过特殊项目的形式对氮化镓进行正式的大规模研究。经过十多年的发展，现已初具规模。 特别是近年来，5G商用功率半导体的发展引起外界资本对氮化镓行业的投资兴趣，促使行业快速发展。国内涌现一批较为优秀的企业，主要代表有苏州能华、华功半导体以及英诺赛科等。然而，与外国企业相比，本土企业在技术积累方面有着较大的差距。

    但是，从当前的市场环境看，整个市场处于刚刚起步阶段，因此在某种程度上国内外企业在同一起跑线上。如手机快速充电等类似市场为本土制造商提供了更多的切入机会，从而为他们制造了更多的验证和迭代机会。本土制造商更靠近终端市场，如果能够与终端厂实现战略协同，就有机会打造世界级的氮化镓器件公司。

    在氮化镓射频端，IDM是供应商的主要模式。 IDM的优势在于整个生产链实现自我管理的，可降低风险。特别是倾向于定制化、更换周期长、技术难度高的产品。加上市场空间小，难以有足够的利润空间供设计公司和制造公司共同分享。IDM模式可以确保产品性能和企业利润。然而，射频器件的大量出货使得供应链的运营成为头疼问题。而随着产品集成度的提高，代工模式在氮化镓行业中自然而然地产生了。尤其是在功率器件领域，氮化镓的成本更加敏感，需要更大尺寸的晶圆来降低成本，而这只能由代工厂来完成。当前，IDM和代工模式的选择暂无定论，最终还是取决于公司的技术实力和市场地位。

    未来氮化镓的爆发已经成为行业确定性的趋势，5G和功率半导体是主要的两大板块。国内企业与国际企业存在的客观差异不是短期内能够准赶上的，但是基于刚起步的市场和更接近终端的先天优势，国内企业有望拉进与国外企业的距离，建立起具有国际影响力的氮化镓公司。