性能强过碳化硅！第三代半导体材料之后第四代呼之欲出 日本已重金加码

《科创板日报》（上海，研究员 何律衡）讯， 近期，以氮化镓、碳化硅为首的第三代半导体材料在A股市场引领了一波 科技 股回暖的热潮，引发市场对功率半导体的瞩目。与此同时，在该领域走在全球前列的日本，却已向号称第四代半导体的氧化镓展露了野心。

据日本媒体最新报道，日本经济产业省（METI）正准备为致力于开发新一代低能耗半导体材料“三氧化镓”的私营企业和大学提供财政支持，METI将为明年留出大约2030万美元的资金，预计未来5年的投资额将超过8560万美元。

在此基础上，第三代半导体材料由于普遍具有直接禁带结构，且禁带宽度更大、电子饱和漂移速度更高等特点，被越来越多地应用到功率半导体上。

在这其中，碳化硅和氮化镓当前应用最为广泛，前者具有宽禁带、高临界击穿电场、高饱和电子迁移速度和高热导率等特性，已在新能源 汽车 的电源管理中有所应用，后者则具有宽禁带、高饱和电子漂移速度、高电子迁移率等物理特性，在消费电子快充产品上得以应用。

而氧化镓被认为是继碳化硅和氮化镓之后的“第三代用于功率元件的宽禁带半导体”。这种材料最初计划用于LED（发光二极管）基板、深紫外光（Deep Ultra Violet）受光素子等，在近十年才被应用于功率半导体方向，继而引发全球研发的热潮。

研究表明，氧化镓的禁带宽度为4.9eV，超过碳化硅、氮化镓等材料，采用禁带更宽的材料可以制成系统更薄、更轻、功率更高的功率器件；击穿场强高于碳化硅和氮化硅，目前 β-Ga2O3 的击穿场强可以达到 8MV/cm，是碳化硅的两倍。

中银证券分析师赵琦3月27日报告指出，氧化镓更有可能在扩展超宽禁带系统可用的功率和电压范围方面发挥作用，其中最有希望的应用可能是电力调节和配电系统中的高压整流器，如电动 汽车 和光伏太阳能系统。

不过，氧化镓的导热率低，散热性能差是限制氧化镓市场运用的主要因素。氧化镓的热管理研究是当前各国研究的主要方向。赵琦认为，如若未来氧化镓的散热问题被攻克，氧化镓将是未来高功率、高压运用的功率半导体材料的有力竞争者。

据外媒报道，今年4月，美国纽约州立大学布法罗分校（the University at Buffalo）正在研发一款基于氧化镓的晶体管，能够承受8000V以上的电压，而且只有一张纸那么薄，将用于制造更小、更高效的电子系统，用在电动 汽车 、机车和飞机上，用于控制和转换电子，同时帮助延长此类交通工具的续航里程。

除了美国之外，从全球范围来看，日本作为全球首个研究氧化镓材料的国家，同样具备竞争优势。METI认为，日本公司将能够在本世纪20年代末开始为数据中心、家用电器和 汽车 供应基于氧化镓的半导体。一旦氧化镓取代目前广泛使用的硅材料，每年将减少1440万吨二氧化碳的排放。

“事实上，日本在氧化镓相关技术方面远远领先于包括韩国在内的竞争对手，”该行业的一位专家向媒体表示，“一旦氧化镓成功商业化，将适用于许多领域，因为它可以比其他材料更大幅度地降低半导体制造成本。”

而在中国，尽管起步较晚，但对于氧化镓的研究也同样不断推进状态中。据国内媒体报道，在去年举行的全国 科技 活动周上，北京镓族 科技 公司公开展示了其研发的氧化镓晶胚、外延片以及基日盲紫外线探测阵列器件。

此外，中国电科46所采用导模法成功已制备出高质量的4英寸氧化镓单晶，其宽度接近100mm，总长度达到250mm，可加工出4英寸晶圆、3英寸晶圆和2英寸晶圆。经测试，晶体具有很好的结晶质量，将为国内相关器件的研制提供有力支撑。

1、海陆重工002255，公司旗下江苏能化微电子科技发展有限公司专业研发生产以氮化镓为代表的复合半导体高性能晶圆，并用其生产功率器件。

2、兆驰股份002429，兆驰半导体能够独立完成“蓝宝石平片→图案化基板PSS→LED外延片→LED芯片”整个制作流程，有氮化镓外延片，能够提供全面的芯片解决方案。

3、闻泰科技600745，旗下安世集团拥有生产氮化镓相关的技术，安世半导体生产GaN产品车载GaN已经量产，全球最优质的氮化镓供应商之一。

4、耐威科技300456，公司从事第三代半导体业务，主要是指GaN材料的生长与器件的设计，公司已成功研制8英寸硅基氮化镓外延晶圆，且正在持续研发氮化镓器件。

5、三安光电600703，公司增建包括高端氮化镓LED衬底、外延、芯片高端砷化镓LED外延、芯片大功率氮化镓激光器特种封装产品应用四个产品方向的研发、生产基地。

6、海特高新002023，光电是公司重点发展方向之一，公司在部分产品如光纤通讯及硅基氮化镓已实现量产。

7、台基股份300046，功率半导体细分市场的重要企业，跟踪和研发以Sic（碳化硅）和GaN（氮化镓）为代表的第三代宽禁带半导体材料和器件技术。

8、和而泰002402，子公司镰昌科技主营业务为微波室米波射频芯片的设计研发、生产和销售已掌握成熟的氮化镓相控阵核忧芯片生产工艺，产品已经批量应用于航天、航空等相关型号装备。

9、捷捷微电300623，公司与中科院电子研究所、西安电子科大合作研发的是以Sc、GaN为代表第三代半导体材料的半导体器件，具有耐高压、耐高温、高速和高效等优点，可大幅降低电能变换中的能量损失，大幅减小和减轻电力电子变换装置。

10、乾照光电300102，公司凭借在砷化镓和氮化镓光电器件领域多年研发和生产的积累，积极布局以砷化镓和氮化镓材料为基础的化合物半导体方向，投资16亿元加码半导体研发项目。

11、航天发展000547，氮化镓芯片的生产与研发是旗下微系统研究院的主要业务之一。

12、聚灿光电300708，公司旗下海威华芯建立了国内第—条英寸砷化藏愿化镓半导体晶圆生产线，已达到砷化镓2000片/月,氮化镓600片/月的晶圆制造能力，公司部分产品已经实现量产。

13、亚光科技300123，公司GaN功率放大器实现小批量量产，公司现有自研射频芯片共计400多款，包括5G使用的低噪、功放、开关、滤波器答。

14、士兰微600460，公司已建成6英寸的硅基氮化镓集成电路芯片生产线，涵盖材料生长、器件研发、GaN电路研发、封装、系统应用的全技术链。

15、富满电子300671，国内电源管理领军者，主营充电器主控芯片，与oppo合作研发过GaN的充电器。

16、海能实业300787，公司使用氮化镓技术的产品主要为旅行充电器和充电站（四口及以上多口充电器），其中包含单个USBType-C充电器、双USBType-C充电器、USBType-C+USBType-A双口充电器、多口充电器等。

17、华峰测控688200，在宽禁带半导体测试方面，公司量产测试技术取得了重大进展，实现了晶圆级多工位并行测试，解决了多个GaN晶圆级测试的业界难题，并已成功量产。

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