大厂入局，氮化镓功率半导体迎来新增长点

大厂纷纷入局氮化镓功率器件市场。日本东芝旗下的东芝器件与存储公司发布首款氮化镓功率器件；美国半导体器件公司Odyssey发布的垂直结构氮化镓器件最高工作电压可达1200V，且具有更高的品质因数和工作频率。ROHM公司发布栅极驱动器和氮化镓HEMT一体化封装产品，可以替代现有的Si MOSFET，从而使器件体积减少99%，功率损耗降低55%。 氮化镓：第三代半导体代表。随着5G技术、汽车、无线通信、航天航空等技术的高速发展，电气化程度的提高对耐高温、耐高压、高频及大功率的性能有着迫切需求。 氮化镓作为第三代宽禁带半导体的代表之一，拥有宽禁带、高击穿场强、高热导率和高电子漂移速率等优点，制备出的氮化镓器件导通电阻小、电子迁移率高、热导性好，而且在散热、能耗、体积等方面也有着很大的优势，可以极大地提升新兴电力电子器件的性能，还能达到节省能源的效果。 氮化镓功率器件正在快速取得技术突破。为获得性能更优的氮化镓器件以抢占市场份额，各大厂商正在在垂直型结构和提高集成度等方向上寻求技术突破。随着氮化硅功率器件的性能及性价比的进一步提升，未来在高、中、低电压场景下都将有很大的发展潜力，看好其在汽车电气系统、大规模集成电路、无线通讯等领域的发展。 风险提示：技术发展不及预期的风险；行业竞争加剧的风险；政策风险。 1.氮化镓：第三代半导体材料代表 氮化镓适用于高频、高压、高功率电气领域。随着5G技术、汽车、无线通信、航天航空等技术的高速发展，电气化程度的提高对耐高温、耐高压、高频及大功率的性能有着迫切需求。氮化镓作为第三代宽禁带半导体的代表之一，拥有宽禁带、高击穿场强、高热导率和高电子漂移速率等优点，制备出的氮化镓器件导通电阻小、电子迁移率高、热导性好，而且在散热、能耗、体积等方面也有着很大的优势，可以极大地提升新兴电力电子器件的性能，并达到节能降碳的效果。 图1：氮化镓功率器件可以适用于低、中、高压应用场景 与硅、碳化硅和砷化镓相比，氮化镓在击穿场强、热导率和电子饱和速度等方面有着更大的优势，同时氮化镓的功率品质因数（BFoM）比其他材料大得多，使得氮化镓基器件能够更好地在高温、高压和高频率的环境下工作。 表1：氮化镓及几种核心半导体材料的主要参数 2.氮化镓功率器件正在快速取得技术突破 为获得性能更优的氮化镓器件以抢占市场份额，各大厂商正在在垂直型结构和提高集成度等方向上寻求技术突破。 垂直型功率器件。氮化镓器件目前分为平面型与垂直型两种技术路线，平面型氮化镓器件通常基于非本征衬底，如Si、SiC、蓝宝石等，出于成本等原因，利用异质结的平面型氮化镓器件是目前的市场主流。垂直型氮化镓器件相较于平面型具有明显的优势，垂直型器件的电流方向平行于氮化镓外延层的生长方向，这种设计可以有效地提高器件的导通电流和击穿电压。美国半导体器件公司Odyssey宣布，公司的垂直型氮化镓产品样品制作完成，并于2023年第一季度开始向客户发货。该产品的工作电压可达1200V，并且垂直结构为其提供了更高的功率转化效率，在性能和成本水平上比碳化硅或横向氮化镓优势明显。 集成式功率器件。氮化镓电力电子器件目前仍以分立元件为主导，这些元件由产生开关信号的外部驱动器IC驱动，为了能充分利用氮化镓提供的快速开关速度，单片集成功率器件和驱动器功能也是重要的发展方向之一。ROHM公司发布了栅极驱动器的功率级IC“BM3G0xxMUV-LB”系列产品，该将栅极驱动器和氮化镓晶体管一体化封装，旨在充分地发挥氮化镓器件的性能。该产品可以替代现有的Si MOSFET，从而使器件体积减少99%，功率损耗降低55%，有助于减少服务器和AC适配器的体积以及损耗。 图2：BM3G0xxMUV-LB产品 同为三代半导体，碳化硅已广泛应用于新能源车的主驱逆变器、OBC、DC/DC转换器和非车载充电桩等关键电驱电控部件。随着相关技术不断取得突破，氮化硅功率器件的性能及性价比将进一步提升，未来在高、中、低电压场景下都将有很大的发展潜力，看好其在汽车电气系统、大规模集成电路、无线通讯等领域的发展。 3.风险提示 技术发展不及预期的风险；行业竞争加剧的风险；政策风险。