近年来，第一代半导体——硅，深刻而全面地影响了我们的生活。到目前依然是电子电气领域的主流材料。不过，硅材料虽有百般好，但在高频和高压下的性能一般。随着科技水平和下游需求的增长，在高频和高压领域，人们迫切需要新的材料。

第二代、第三代半导体材料应运而生，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的宽禁带化合物半导体技术的火热引爆了整个功率半导体的市场。

第三代半导体材料禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势。因此采用第三代半导体材料制备的半导体器件能在更高的温度下稳定运行，适用于高电压、高频率场景。此外，它还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力，因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。

｜氮化镓是什么？

氮化镓作为新一代宽禁带化合物半导体的代表，是一种极其稳定的化合物。在大气压力下，GaN晶体一般是六方纤锌矿结构，是坚硬的高熔点材料，熔点约为1700℃。

仅从材料层面看，相比于第一代的Si以及第二代的GaAs等，GaN具备许多突出特性：具有更大的禁带宽度和出色的击穿场强，能够承载更高的能量密度（耐压），可靠性更高；具有更高的电子密度和电子迁移率，从而具有低导通损耗、高电流密度的优势，有利于提升器件整体的能效；禁带宽度大、热导率高，因此更耐高温，GaN器件可在200℃以上的高温下工作。

氮化镓用于生产射频、功率、光电器件。所用衬底主要包括碳化硅衬底、硅衬底、蓝宝石衬底、氮化镓衬底。

通过在碳化硅衬底上生长氮化镓外延层制得GaN-on-SiC外延片可制成射频器件，碳化硅基氮化镓射频器件具备更高效率、更大带宽、更高功率等优势，可更好的满足5G宏基站、卫星通信、微波雷达、航空航天等军事/民用领域对射频器件的高要求。

通过在硅衬底上生长氮化镓外延层制得GaN-on-Si外延片可制成功率器件，硅基氮化镓功率器件具备高转换效率、低导通损耗、高工作效率等特点，可在大功率快充充电器、新能源车、数据中心等领域实现快速渗透。

通过在蓝宝石/氮化镓衬底上生长氮化镓外延层制得GaN-on-Sappire/GaN-on-GaN外延片可制成光电器件，氮化镓光电器件具备基带宽度大、击穿电场高、电子饱和漂移速度快等特性，在Mini LED、Micro LED、传统LED照明领域应用优势突出

在电子电气领域，氮化镓其实是老选手了。氮化镓材料具有较宽的禁带以及较好的物理化学性质与热稳定，可以更好地满足 5G技术、新能源汽车以及军事探测等领域对高功率耐高温、高频耐高压器件的需求，有着不错的市场前景。

｜GaN下游领域丰富

氮化镓产业链主要可以分为衬底制造、外延生长、器件设计、器件制造、封装测试以及下游应用六个环节。

IDM厂商（即同时负责设计+制造）一般会同时覆盖外延生长、器件设计及器件制造，其中最关键的部分为外延生长，占据最终器件成本的40%-50%。目前主要产业链结构如下：

产业链中游为氮化镓器件制造商，经营模式分为设计制造一体（IDM模式）、设计（Fabless模式）和代工厂（Foundry模式）。IDM模式的企业能够充分发掘技术潜力，有条件率先实验并推行新技术，目前中国80%的氮化镓企业为IDM模式。

Fabless模式的企业资产较轻，初始投资规模小，创业难度相对较小，且企业运行费用较低，占比5%。Foundry模式的企业无需承担由于市场调研不准、产品设计缺陷等因素带来的决策风险，占比15%。

｜GaN全球市场规模将达到11亿美元

根据Yole在2021年最新发布的市场报告统计，GaN电力电子全球市场规模在2020年达到4600万美元，相较2019年（2070万美元）增长率达到122%，同时预期在未来五年依然保持高速增长，预计到2026年全球市场规模将达到11亿美元，年复合增长率达到70%。

从细分市场看，以快充为代表的消费级应用将依然是市场主要的增长动力，预计市场规模从2020年的2870万美元增长到2026年的6.72亿美元，年复合增长率达到69%。其次值得期待的是数据中心应用、汽车应用。

整体来看，氮化镓被寄希望于取代Si MOSFET的市场，据统计，2020年全球Si MOSFET市场规模达到80.67亿美元。但是由于氮化镓器件目前成本依然明显高于Si MOSFET（价格大约为1.5-2倍），只能在部分高频开关应用中才更具有竞争力，无法对Si MOSFET形成全面替代。

预计未来五年内氮化镓电力电子器件的市场将主要由以下五大应用牵引：目前渗透率较高的（小型）电源设备以及无线电源，渗透率中等的数据中心，未来可能有较大市场的新能源汽车以及激光雷达等。

｜国内氮化镓企业全景图

中国氮化镓行业相关企业主要集中于东部及东南沿海地区，氮化镓行业属于高新技术产业，有研发投入高、技术先进特点，相关企业多布局于经济较发达省份，其中江苏省氮化镓行业发展的最好。

目前国内仅有英诺赛科一家实现规模量产出货，其他创业公司基本还都停留在小批量的阶段，已经形成1~2年的明显差距。在消费级的快充市场，产品实现出货并快速迭代，才能拥有市场竞争力。

随着后续厂商的投产，快充将大概率成为很难“赚钱”的市场，潜在市场机会将更多存在于汽车、激光雷达、数据中心等对价格更不敏感的市场，但这必然也对器件厂商的技术能力、供应链可靠性和稳定性提出更高要求。