第三代半导体材料爆发！氮化镓站上最强风口

随着市场对半导体性能的要求不断提高，第三代半导体等新型化合物材料凭借其性能优势开始崭露头角，成为行业未来重要增长点。

相对于第一代（硅基）半导体，第三代半导体禁带宽度大，电导率高、热导率高。第三代半导体的禁带宽度是第一代和第二代半导体禁带宽度的近3倍，具有更强的耐高压、高功率能力。

氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)并称为第三代半导体材料的双雄，由于性能不同，二者的应用领域也不相同。

氮化镓、高电流密度等优势，可显著减少电力损耗和散热负载，迅速应用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等领域，是未来最具增长潜质的化合物半导体。

与GaAs和InP等高频工艺相比，氮化镓器件输出的功率更大；与LDCMOS和SiC等功率工艺相比，氮化镓的频率特性更好。

随着行业大规模商用，GaN生产成本有望迅速下降，进一步刺激GaN器件渗透，有望成为消费电子领域下一个杀手级应用。

GaN主要应用于生产功率器件，目前氮化镓器件有三分之二应用于军工电子，如军事通讯、电子干扰、雷达等领域。

在民用领域，氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。氮化镓基站PA的功放效率较其他材料更高，因而能节省大量电能，且其可以几乎覆盖无线通讯的所有频段，功率密度大，能够减少基站体积和质量。

氮化镓在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。随着5G高频通信的商业化，GaN将在电信宏基站、真空管在雷达和航空电子应用中占有更多份额。

根据Yole估计，大多数Sub 6GHz的蜂窝网络都将采用氮化镓器件，因为LDMOS无法承受如此之高的频率，而砷化镓对于高功率应用又非理想之选。

同时，由于较高的频率会降低每个基站的覆盖范围，需要安装更多的晶体管，因此市场规模将迅速扩大。

Yole预测，GaN器件收入目前占整个市场20%左右，到2025年将占到50%以上，氮化镓功率器件规模有望达到4.5亿美元。

从产业链方面来看，氮化镓分为衬底、外延片和器件环节。

尽管碳化硅被更多地作为衬底材料（相较于氮化镓），国内仍有从事氮化镓单晶生长的企业，主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特和芯元基等。

从事氮化镓外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子、海陆重工、晶湛半导体、江苏能华、英诺赛科等。

从事氮化镓器件的厂商主要有三安光电、闻泰 科技 、赛微电子、聚灿光电、乾照光电等。

GaN技术的难点在于晶圆制备工艺，欧美日在此方面优势明显。由于将GaN晶体熔融所需气压极高，须采用外延技术生长GaN晶体来制备晶圆。

其中日本住友电工是全球最大GaN晶圆生产商，占据了90%以上的市场份额。GaN全球产能集中于IDM厂商，逐渐向垂直分工合作模式转变。美国Qorvo、日本住友电工、中国苏州能讯等均以IDM模式运营。

近年来随着产品和市场的多样化，开始呈现设计业与制造业分工的合作模式。

尤其在GaN电力电子器件市场，由于中国台湾地区的台积电公司和世界先进公司开放了代工产能，美国Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems等设计企业开始涌现。

在射频器件领域，目前LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）、GaAs（砷化镓）、GaN（氮化镓）三者占比相差不大，但据Yoledevelopment预测，至2025年，砷化镓市场份额基本维持不变的情况下，氮化镓有望替代大部分LDMOS份额，占据射频器件市场约50%的份额。

GaAs芯片已广泛应用于手机/WiFi等消费品电子领域，GaN PA具有最高功率、增益和效率，但成本相对较高、工艺成熟度略低，目前在近距离信号传输和军工电子方面应用较多。

经过多年的发展，国内拥有昂瑞微、华为海思、紫光展锐、卓胜微、唯捷创芯等20多家射频有源器件供应商。

根据2019年底昂瑞微董事长发表的题为《全球5G射频前端发展趋势和中国公司的应对之策》的报告显示，截至报告日，国内厂家在2G/3G市场占有率高达95%；在4G方面有30%的占有率，产品以中低端为主，销售额占比仅有10%。

目前我国半导体领域为中美 科技 等领域摩擦中的卡脖子方向，是中国 科技 崛起不可回避的环节，产业链高自主、高可控仍是未来的重点方向。第三代半导体相对硅基半导体偏低投入、较小差距有望得到重点支持，并具备弯道超车的可能。

芯片制造迎来了最好的时代，以前做芯片设计，芯片封装的企业，由于难度小，投入更低，备受行业青睐。只有芯片制造这种又苦又累，耗资大，风险高的领域被很多人忽略。

因为人们只在意高通芯片、海思芯片、苹果芯片，却没有过多在意帮助他们生产芯片的是谁。但现如今，芯片制造成为了主旋律。掌握先进芯片制造水准的企业，无疑成为了香饽饽。

订单络绎不绝，全球缺芯下，更突显出芯片制造企业的重要性。而国内芯片制造的实力，或将助力我国从全球缺芯中突围。要论芯片制造的话，必然离不开中芯国际。

这家成立于2000年的中国大陆公司，定位是芯片代工，晶圆生产，为客户提供成熟工艺产品。是国内唯一一个掌握14nm技术工艺的国产企业，并且攻克了7nm技术，准备今年4月份试产。

从实力和市场份额来看，中芯国际都是能排在世界前列的，去年第四季度实现营收66.71亿元，同比上涨10.3%。能在变局之下保持增长，实属不易。另外在北京、上海、天津等地区，中芯国际都有晶圆厂，具备掌握领先市场份额的条件。

但厉害的不止中芯国际，还有一家中企手握1.3万件专利，是国内第二大芯片巨头。这一巨头就是华虹半导体，华虹半导体和中芯国际并称中国大陆芯片制造双雄，只不过相对于中芯国际来说，华虹半导体会显得更为低调。

但华虹半导体却是全球前十大晶圆制造厂商之一，这家大陆第二大芯片巨头实力不可小觑，在国内建设了一座12英寸晶圆厂，代工产能节节攀升。

据悉，华虹半导体无锡12英寸晶圆厂于2019年9月份正式投片，到去年11月份，投片产能已经突破2万片。是全球第一家12英寸IG BT代工厂。在产能上的迅速提升对我国半导体制造供应链做出巨大贡献。

不仅如此，去年第四季度华虹半导体销售额打破纪录，达到了2亿美元，同比上涨15.4%。凭借晶圆代工，华虹半导体稳站国内芯片制造业的龙头地位。仅次于中芯国际，如果能继续扩产规模，或许将有望成为第一大晶圆厂。

况且手握1.3万件专利，技术和规模都不差。只不过中芯国际也在加紧扩产，上海，北京均有晶圆厂在建设中，而且还花费了12亿美元进口ASML光刻机，要想超越，不太容易。

华虹半导体虽然低调，不显山漏水，但它的目标是很明确的。华虹半导体的目标在于国际市场，不只是国内，更大的方向是冲刺国际市场。

那华虹半导体具备怎样的条件呢？据了解，华虹半导体是全球领先的纯晶圆代工企业，在8英寸和12英寸晶圆制造领域表现优异。拥有3座8英寸晶圆厂，并且产能利用率已经达到了100%。

12英寸晶圆的产能利用率也在不断攀升，作为制造高端芯片的12英寸晶圆，可以为全球缺芯提供更为关键的供给。

位于无锡的12英寸晶圆厂已经建成，往后华虹半导体会不断提升产能，优化工艺。一旦大量出货，必然会跻身全球供应链，完全国际化的目标。

和中芯国际不同的是，华虹半导体倾向于晶圆制造。晶圆属于芯片的前端产品，是必要的材料。而中芯国际不但具备12英寸晶圆制造条件，也能生产14nm制程的芯片。未来定能取得7nm的试产，量产突破。

所以华虹半导体要想在时代的浪潮中崛起，仍需不断前行，努力奋进。

对华虹半导体你有什么看法呢？

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