氮化镓

Leadleo.com 客服电话：400-072-5588 氮化镓头豹词条报告系列 王竹馨 2023-04-14未经平台授权，禁止转载版权有问题？点此投诉 制造业/专用设备制造业/电子和电工机械专用设备制造/半导体器件专用设备制造 信息科技/半导体 行业： 行业定义 氮化镓是一种无机物，其化学式为GaN，英文名称为… AI访谈 行业分类 根据晶体结构的不同，氮化镓主要可分为纤锌矿、闪锌矿… AI访谈 行业特征 氮化镓的形貌和结构都日益复杂，对制备技术要求较高。… AI访谈 发展历程 氮化镓行业 目前已达到3个阶段 AI访谈 产业链分析 上游分析中游分析下游分析 AI访谈 行业规模 随着氮化镓行业的应用由LED领域不断向消费电子、5G… AI访谈数据图表 政策梳理 氮化镓行业相关政策6篇 AI访谈 竞争格局 中国氮化镓行业目前尚处起步阶段，尚未形成稳定的竞争… AI访谈数据图表 摘要氮化镓行业 氮化镓行业定义[1] 氮化镓是一种无机物，其化学式为GaN，英文名称为GalliumNitride，是氮和镓的化合物，属于第三代半导体材料，通常情况下为白色或微黄色的固体粉末，具有结构稳定、熔点高、耐高压、坚硬等特点，适用于极端环境。 氮化镓有三种晶体结构，分别为纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿结构。其中六方纤锌矿结构是稳态结构，立方闪锌矿是亚稳态结构，立方岩盐矿只有在极端高压的情况下才会出现。室温下，氮化镓的化学性质很稳定，耐酸碱，耐腐蚀，不溶于水，不与浓的无机酸反应，稍与稀酸作用，在热碱溶液中以非常缓慢的速度溶解。氮化镓具有高稳定性，在空气中加热到800℃开始氧化，1,050℃开始分解。氮化镓基材料的禁带宽度可通过固溶体的制备，从氮化铟中的0.6电子伏（eV）到氮化镓中的3.4电子伏（eV）再到氮化铝中的6.2电子伏（eV）之间连续变化，其发光波段覆盖了从近红外到可见光区（红、黄、蓝、绿）再到深紫外区。氮化镓也是一种理想的发光器件材 料，发光效率高。主要应用在氮化镓基发光二极管（LEDs）、激光二极管（LDs）和紫外光探测器等。 氮化镓作为第三代半导体材料的代表，是一种重要的直接宽带隙半导体材料，它具有优良的物理化学性质，是当前世界上最为先进的半导体材料之一。氮化镓不仅广泛地应用于蓝绿光发光二极管、激光器、紫外波段的探测器以及高温、大功率集成电路等器件，还可作为环保新材料应用于环境保护。由于氮化镓的种种优异特性，对 氮化镓材料和器件的研究越来越成为人们关注的热点。 [1]1：《氮化镓的化学气相沉… 氮化镓行业分类[2] 根据晶体结构的不同，氮化镓主要可分为纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿结构。 纤锌矿氮化镓 纤锌矿结构属于六方晶系，每个晶包含六个镓原子和六个氮原子，晶格常数为a=0.3189纳米，c=0.5185纳米，纤锌矿结构沿C轴镓原子与氮原子构成的双层原子密排面以ABABABAB方式堆积。高电子迁移率晶体管（HEMT）可以为氮化镓器件提供基本操作模式，而“纤锌矿”这种结构正是氮化镓晶体管进行高电子迁移率晶体管（HEMT）操作的关键。 氮化镓分类 闪锌矿氮化镓 闪锌矿结构属于立方晶系，每个晶包包含四个镓原子和四个氮原子。闪锌矿结构的氮化镓的原子在晶胞中的排布和金刚石结构的原子排布很相似，都是两个相互套穿后沿体对角线错开1/4的面心立方格子，而每个原子则可以看作是处在以其四个最临近原子为顶角组成的四面体的中心位置。 岩盐矿氮化镓 纤锌矿结构的氮化镓，在高压的情况下有可能发生相变从而转变为岩盐矿结构的氮化镓。这种相变是一种可逆的过程，一旦系统中的压力消失以后，岩盐矿结构的氮化镓又会重新转变成通常更加稳定的纤锌矿结构。闪锌矿结构的氮化镓，同样在高温的情况下也是不稳定的，有可能转化成岩盐矿结构的氮化镓或者纤锌矿结构氮化镓。 [2]1：http://www.ganhe… 2：氮化镓科技汇 氮化镓行业特征[3] 1技术要求高 氮化镓制备的形貌和结构复杂，对于其制备技术也有较高要求。 氮化镓材料的商业应用研究开始的比较早，但是生长技术和器件制造工艺的研究起步却比较晚。由于材料生长技术和工艺的影响，制备高质量的氮化镓单晶材料很困难。早期制备的氮化镓半导体纳米结构主要是简单的量子点、薄膜和纳米线等。而近几年随着技术的发展，市场研发人员研究出“一步法”制备法，通过这种更高的制备技术，得到了形貌或是结构更加复杂的氮化镓纳米材料，这类材料在量子器件方面有着更优越的性能。 2行业处于初期发展阶段 氮化镓行业处在初期发展阶段，国内企业技术水平相对落后。 目前中国氮化镓产业链行业龙头企业以IDM模式为主，但是设计与制造环节还未明确分工，所以氮化镓产能仍较低。从全球氮化镓产业链中公司来看，国外公司在技术实力以及产能上保持较大的领先，而中国企业仍处于起步阶段，市场份额和技术水平仍相对落后，国产化程度较低。全球氮化镓主要创新主体的龙头主要集中于日本，氮化镓产业国外重点企业包括日本住友、松下、东芝、三菱等，其中日本住友是全球氮化镓射频器件主要供应商，同时也是华为GaN射频器件主要供应商之一。日本住友聚焦于衬底和器件方面的研究，尤其侧重外延工艺和芯片工艺突破，对比国外企业，中国氮化镓行业专利技术较为落后。 3下游应用广泛 氮化镓在下游产业链中应用广泛，发展前景较大。 氮化镓作为第三代半导体材料，其下游产业链的应用较为广泛，其发展前景较大。氮化镓目前有三大应用领域，第一是光电子领域，当中包括较低端的LED以及高端激光应用，2022年中国光电子领域氮化镓市场规模达到271.9亿元；第二是射频领域，主要应用于5G基站中的射频放大器，中国移动、中国电信等通讯行业正在投入氮化镓技术的应用，2022年中国射频领域氮化镓市场规模达到97.5亿元；第三则是在电力电子即功率器件方面的应用，最为大众熟知的是以手机为代表的消费类电子应用，其中在手机领域，氮化镓技术主要应用于快充和射频领域，2022年中国电力电子领域氮化镓市场规模达到30.5亿元。 [3]1：https://baijiahao.b… 2：《氮化镓的化学气相沉… 氮化镓的形貌和结构都日益复杂，对制备技术要求较高。目前氮化镓行业仍然处在初期发展阶段，表现形式为国产化程度较低，中国上市公司相对较少。氮化镓也具有在下游产业链中应用广泛，发展前景较大的特征。 启动期1998-01-01~2012-01-01 1998年，美国Cree公司开发出首个碳化硅基GaN高电子迁移率晶体管，从此LED照明开始商业化。 2008年，氮化镓金属氧化物半导场效晶体（MOSFET）得到推广。2009年，EPC公司推出第一款商用增强型氮化镓（eGaN）晶体管。2010年，日本住友日本住友、日立等公司实现氮化镓衬底材料尺寸突破及进一步产品化。 氮化镓的研发进程逐渐从实验室向高新技术企业转变，但主要集中于美国、日本公司。企业使得氮化镓材料实现了商业化，并得到应用推广；同时，氮化镓材料的应用领域也开始由最初的LED照明拓展 到电力电子和射频电子领域。 高速发展期2013-01-01~至今 2013年，中国科技部发布863计划，将第三代半导体产业列为战略发展产业2021年，中国“十四 五”规划明确提出要发展碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体材料。中国本土企业海威华芯建立6英寸氮化镓半导体晶圆生产线，英诺赛科建立8英寸硅基氮化镓晶圆量产线。 中国不断出台相关政策鼓励扶持，氮化镓在中国发展受到重视。中国企业实现了氮化镓产业链的全覆 盖，全球范围内氮化镓厂商不断增多，商业应用更加广泛。 氮化镓发展历程[4] 氮化镓行业迄今主要经历三个发展阶段：在1969-1997年的萌芽期，氮化镓研究仅限实验室范围，研发难度大，发展进程较为缓慢，且氮化镓尚未实现商业化。在1998年至2012年的启动期，氮化镓的研发进程逐渐从实验室向高新技术企业转变，但主要集中于美国、日本公司，同时氮化镓材料实现了商业化，应用领域由LED照明拓展到电力电子和射频电子领域。在2013年至今的高速发展期，全球范围内氮化镓厂商不断增多，中国企业也 萌芽期1969-01-01~1997-01-01 1969年，日本科学家Maruska等人采用氢化物气相沉积技术在蓝宝石衬底表面沉积出了氮化镓薄 膜，但质量较差。1986年，赤崎勇和天野浩研制出了高质量氮化镓薄膜，并于1989年在全球首次研制出了PN结蓝光LED。1992年，中村修二以双异质结构代替PN结，研制出高效率GaN蓝光LED。早期氮化镓研究仅限实验室范围，氮化镓属于人工合成材料，研发难度大，发展进程缓慢。应用领域 尚未明确，并未实现商业化。 实现了氮化镓产业链的全覆盖。 [4]1：头豹研究院 氮化镓产业链分析[5] 氮化镓产业链上游原材料包括氮化镓衬底及氮化镓外延片，代表性衬底供应商有天科合达半导体,中镓半导体,纳维科技,芯元基半导体科技等；代表性外延片供应商包含中国电科,英诺赛科,晶湛半导体等。中游为氮化镓器件制造商，经营模式分为设计制造一体、设计和代工厂,其中设计制造一体代表性参与方有士兰微电子,华润微电子,三光安电,镓未来等;设计类代表性参与方有中兴微电子,海思半导体;代工厂有方正微电子,三安光电,台积电等。下游应用领域较为广泛，具体可分为光电子领域、射频电子领域、电力电子领域三大方向。光电子领域包括消菌杀毒、激光显示、LED照明、LED显示，代表企业为三安光电等；射频电子领域包括卫星通讯、移动终端、国防军工、无线通信基站，代表企业为英诺赛科、华润微电子旗下的大连芯冠等；电力电子领域具体应用有智能电 网、工业电机、新能源汽车、电源转换系统，代表企业为英诺赛科、苏州能讯等。 中国氮化镓产业链已经初步形成，整体产业结构相对集中在中游，国产企业逐步切入氮化镓行业，主要代表企业分布在江苏地区。氮化镓衬底方面主要采用碳化硅衬底，进口依赖严重，国产化程度较低，中国厂商全球市占率仅约10%，外延片方面主要采用金属有机气相化学沉积的生长方法。在蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓自支撑衬底这四种氮化镓衬底材料中碳化硅衬底与氮化镓器件匹配度高，性能好，且成本相对较低，因此受到广泛应用。目前中国氮化镓中游代表企业每月氮化镓产能在2,000片至10,000片不等，整体产能较低，但呈逐渐扩大趋势，多条产线逐渐投产，未来产能将不断扩大。目前氮化镓在半导体市场中渗透率较低，但是随着中国半导体市 场规模逐年上涨，氮化镓应用场景将不断丰富且发展空间也将持续拓展。 生产制造端 氮化镓衬底及氮化镓外延片制造商 上游厂商 查看全部 山东天岳先进科技股份有限公司 东莞市中镓半导体科技有限公司 北京天科合达半导体股份有限公司 产业链上游说明 氮化镓产业链上游原材料包括氮化镓衬底及氮化镓外延片，原材料成本较高。衬底方面主要采用碳化硅衬底，进口依赖严重，中国厂商全球市占率仅约10%，外延片方面主要采用金属有机气相化学沉积的生长方法。氮化镓衬底材料可分为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓自支撑衬底四种材料，碳化硅衬底与氮化镓器件匹配度高，性能好，且成本相对较低，因此受到广泛应用。碳化硅衬底在外延片质量方 上 产业链上游 面仅次于氮化镓自支撑衬底，但它的成本为1,000美元，仅为氮化镓自支撑衬底的40%，性价比较高；并且它可量产的氮化镓尺寸为6英寸，相较于氮化镓的2英寸和蓝宝石的4英寸，有明显优势。中 国碳化硅衬底市场规模虽然较小，但相关企业经营状况良好，未来发展潜力较大。比如中国碳化硅衬底行业龙头企业天岳先进，其碳化硅衬底营业收入逐年递增，由2019年的0.9亿元上涨至2021年的3.9亿元。碳化硅衬底毛利率波动上涨，近三年维持在30%左右的水平。 品牌端 氮化镓器件制造商 中游厂商 查看全部 北京进华亿源电子技术有限公司 苏州能讯高能半导体有限公司 杭州士兰微电子股份有限公司 产业链中游说明 产业链中游为氮化镓器件制造商，主要制造的产品为氮化镓外延片。氮化镓外延片是指氮化镓衬底上生长