2022年中国氮化镓行业概览 2022 China Gallium Nitride Industry Overview 2022 年中国ガリウム窒化物業界の概要 概览标签：第三代半导体、氮化镓、氮化镓器件 报告主要作者：刘冠卓 2022/09 头豹研究院 LeadLeo 研究目的：本报告为氮化镓系列报告，将梳理中国氮化镓市场应用及竞争情况，对整个行业发展状况做出分析。 研究区域范围：中国地区；研究周期：2022年8月；研究对象：氮化镓行业。 关键问题：(1) 氮化镓行业产业链中哪个环节最为关键？ (2) 氮化镓行业未来的发展趋势？ (3) 氮化镓行业制造商布局？各自有何竞争优势？ 摘要： 随着氮化镓行业应用领域的不断拓展，中国氮化镓行业市场规模不断扩大：市场规模由2017年的78.7亿元提高至2021年的303.1亿元，年复合增长率为40.1%，预计2026年将增长至1029.7亿元。 • 市场现状：第一代半导体功率在100W左右，频率约3GHz；第二代半导体材料频率能达到100GHz，但功率却不足100W；第三代半导体材料功率可达到1,000W，频率接近100GHz，是目前最具发展前景的材料。中国氮化镓行业发展速度较快，国产化水平不断提升，多家中国本土企业已拥有了氮化镓晶圆制造水平；多起融资事件反映了资本市场对氮化镓行业的投资热情及未来前景的持续看好。 • 产业链：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，进口依赖严重；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；下游应用领域广泛。 • 发展趋势：氮化镓器件主要应用于新能源汽车的车载充电器、DC-DC转换器等领域，可在节能70%的同时使新能源汽车充电效率达到98%，增加5%续航，目前已有丰田、宝马等多家汽车厂商入局氮化镓领域。预计2050年全球城市生活垃圾年产量将达到34亿吨，垃圾处理成为难题，等离子体气化技术处理垃圾经济环保，氮化镓材料可帮助等离子体气化技术实现产业化。 • 竞争格局：中国氮化镓行业集中度较为分散，各企业在氮化镓射频器件、功率器件、显示器件等领域竞相发展，竞争格局日益激烈，氮化镓产业链不断完善。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最好。 目录 CONTENTS • 名词解释 (09) • 行业综述 (11) - 定义与介绍 (12) - 发展历程 (13) - 行业背景 (14) - 市场现状 (15) - 市场规模 (16) - 相关政策 (17) • 产业链分析 (19) - 上游：原材料供应商 (20) - 中游：氮化镓器件制造商 (22) - 下游：应用领域 (23) • 驱动因素与发展趋势 (25) - 驱动观点一：5G通信基站的发展 (26) - 驱动观点二：下游消费电子充电器需求大 (27) - 发展趋势观点一：拓展新能源汽车应用市场 (28) - 发展趋势观点二：拓展垃圾处理应用市场 (29) • 竞争格局 (30) - 企业竞争格局概述 (31) - 地区竞争格局概述 (32) - 企业推荐一：三安光电 (33) - 企业推荐二：英诺赛科 (35) - 企业推荐三：海威华芯 (37) • 方法论 (38) • 法律声明 (39) 图表目录 List of Figures and Tables 图表1：氮化镓定义及结构 (12) 图表2：氮化镓制备工艺 (12) 图表3：氮化镓行业发展历程 (13) 图表4：半导体材料发展进程 (14) 图表5：半导体材料物理性能对比 (15) 图表6：氮化镓相关企业融资情况，2021-2022年 (15/16) 图表7：中国氮化镓行业市场规模及预测，2017-2026年预测 (16/17) 图表8：氮化镓行业相关政策 (16/18) 图表9：氮化镓行业产业链图谱 (19/20) 图表10：氮化镓衬底材料介绍 (20/21) 图表11：氮化镓衬底代表企业情况介绍 (20/21) 图表12：氮化镓外延片介绍 (21/22) 图表13：氮化镓外延片代表企业情况 (21/22) 图表14：氮化镓器件制造商经营模式 (22/23) 图表15：氮化镓下游应用介绍 (23/24) 图表16：半导体行业应用领域 (23/24) 图表17：氮化镓下游应用领域介绍 (24/25) 图表18：5G基站数量增长 (26/27) 图表19：5G基站通信逻辑 (26/27) 图表20：氮化镓充电器需求大 (27/28) 图表21：氮化镓拓展新能源汽车应用市场 (28/29) 图表22：全球城市生活垃圾现状 (29/30) 图表23：氮化镓在垃圾处理中的应用 (29/30) 图表24：中国氮化镓行业企业竞争格局分析 (31/32) 图表25：中国氮化镓行业地区竞争格局分析 (32/33) 图表26：三安光电企业介绍、营业收入及主营业务结构 (33/34) 图表27：三安光电核心产业及竞争优势 (33/35) 图表28：英诺赛科企业介绍、融资情况、主要技术 (34/36) 图表29：英诺赛科主要产品、竞争优势 (34/37) 图表30：海威华芯企业介绍、发展历程、主要服务及竞争优势 (33/38) • 氮化镓：化学式为GaN，英文名称为Gallium Nitride，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者微黄色的固体粉末，具有稳定性高、熔点高、坚硬的特点。 • 碳化硅：是一种无机物，化学式为SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成，属于第三代半导体。 • 砷化镓：是一种无机化合物，化学式为GaAs，英文名称为Gallium Arsenide，为黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下能在空气中稳定存在，并且不被非氧化性的酸侵蚀。 • 禁带宽度：固体中电子的能量是不可以连续取值的，而是一些不连续的能带，要导电就要有自由电子或者空穴存在，自由电子存在的能带称为导带（能导电），自由空穴存在的能带称为价带（亦能导电）。被束缚的电子要成为自由电子或者空穴，就必须获得足够能量从价带跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。 • 饱和电子漂移速率：在电场比较低的时候，整体电子的漂移速度与电场大小成正比。当电场大到一定值，电子整体的漂移速度不会再增加，达到饱和，这个速度就叫电子饱和漂移速率。 • 击穿场强：使电介质击穿的电压。电介质在足够强的电场作用下将失去其介电性能成为导体，称为电介质击穿，所对应的电压称为击穿电压。电介质击穿时的电场强度叫击穿场强。 • 介电常数：介电常数是反映压电智能材料电介质在静电场作用下介电性质或极化性质的主要参数，通常用ε来表示。不同用途的压电元件对压电智能材料的介电常数要求不同。当压电智能材料的形状、尺寸一定时，介电常数ε通过测量压电智能材料的固有电容CP来确定。 • 热导率：是指当温度垂直向下梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。 • 射频前端：射频前端是射频收发器和天线之间的一系列组件，主要包括功率放大器(PA)、天线开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer和Diplexer)和低噪声放大器(LNA)等，直接影响着手机的信号收发。 • 功率放大器：用于实现发射通道的射频信号放大，目前多使用氮化镓器件。 • 数模转换器、模数转换器：数模转换器是一种将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量（或参考量）为基准的模拟量的转换器，又称D/A转换器；模数转换器即A/D转换器，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。 • 车载充电器：车载充电器是指常规通过汽车电瓶（轿车12V，卡车24V）供电的车载充电器，大量使用在各种便携式、手持式设备的锂电池充电领域。 • DC-DC转换器：DC/DC转换器是将一个直流电压值的电能转换为另一个直流电压值电能的转换装置，主要由功率模块、驱动模块和控制模块三个部分组成。 • HVPE法：在温度为850度温区内放入金属镓，呈液态后，从热壁上层注入氯化氢气体，形成氯化镓气体，后将氯化镓气体传送至衬底，在1,000度至1,100度温度下与氨气反应，最终生成氮化镓晶体。 • 气相传输法：化学气相传输法就是一种固体或液体物质A在一定的温度下与一种气体B反应，形成气相产物，这个气相反应产物在体系的不同温度部分又发生逆反应，结果重新得到A。 • 助溶剂法/熔盐法：利用Ga和N的直接反应，波兰科学家开发了高压溶液法(HPNS)生长GaN晶体，通过增加温度(1600～2000K)和压力(15～20kbar)提高N在Ga熔中的溶解度，实现了小尺寸氮化镓晶体的生长和在HVPE籽晶上的外延生长。 • 氨热法：氨热法是一种在高温高压（400~750℃，1000~6000个大气压）从过饱和临界氨中培养晶体的方法，晶体的培养是在高压釜中进行的。 • 金属氧化物半导场效晶体（MOSFET）：是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效应管。 • GHz：千兆赫兹，简写为“GHz”，是交流电或电磁波频率的一个单位，等于十亿赫兹（1,000,000,000 Hz）。 • W：瓦特，英文Watt的缩写，是一种表示功率的单位。 • CASA：第三代半导体产业技术创新战略联盟。 • IDM模式：集氮化镓器件的设计、制造、封装和测试等多个产业链环节于一身。 • Fabless模式：只负责氮化镓器件的电路设计与销售，将生产、测试、封装等环节外包。 • Foundry模式：只负责制造、封装或测试的其中一个环节，不负责设计。 • 二噁英：一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，常以微小的颗粒存在于大气、土壤和水中。 • 碳化硅基氮化镓HEMT：在能够形成二维电子气（2DEG）的异质结上用类似于MESFET的工艺制成的一种场效应晶体管。 • 洁净度：空气环境中空气所含尘埃量多少的程度。 【核心观点】 - 氮化镓化学式为GaN，是氮和镓的化合物，属于第三代半导体材料，晶体结构通常为纤锌矿结构，制备工艺中应用最为广泛的是HVPE工艺。 - 发展历程：萌芽期（1969-1997年）实验室研究探索；扩张期（1998-2012年）向美日高新技术企业转变，实现商用与领域拓展；发展期（2013年至今）中国出台政策重点扶持，本土企业实现全产业链覆盖。 - 材料性能对比：相比第一代硅/锗和第二代砷化镓/磷化铟，第三代半导体GaN和SiC禁带宽度大（GaN为3.4eV）、击穿场强高（3.3 MV/cm）、电子饱和漂移速率大（2.7*10^7 cm/s）、最高工作温度达800℃，兼具高耐压、高耐温、高频和高功率特性。 - 市场现状与融资：截至2021年底，中国在电力电子和射频领域GaN晶圆产线各10条。2021-2022年行业密集融资，包括芯元基（B轮>1亿元）、能华微电子（C轮数亿元）、承芯半导体（A轮>10亿元）、英诺赛科（D轮30亿元）、晶湛半导体（B+轮数亿元）、镓未来（A+轮近亿元）。 - 市场规模及预测：中国GaN市场规模从2017年的78.7亿元增长到2021年的303.1亿元（CAGR 40.1%），预计2026年将达到1029.7亿元（2021-2026E CAGR 27.7%）。光电器件、功率器件及射频器件均保持高速增长。 - 政策支持：《十四五规划纲要》要求推动SiC、GaN等宽禁带半导体发展，实现650V电压等级国产GaN材料和功率器件规模化生产；《长三角G60科创走廊建设方案》及发改委《产业结构调整指导目录》等均明确鼓励发展。 【产业链结构】 - 上游：衬底与外延片。衬底主要包括蓝宝石、硅、碳化硅及氮化镓自支撑衬底。目前主流GaN器件采用SiC衬底（全球市场CREE与II-VI合计占约60%，天岳先进等中国厂商占约10%）。外延主要采用MOCVD法，能够精确控制外延层特性并实现量产（代表企业：聚灿光电，外延片营收2018-2021年从0.4亿增至12.1亿元，毛利率升至27.3%）。 - 中游：GaN器件制造。主要模式包括IDM模式（占比80%，如三安光电、英诺赛科、士兰微）、Fabless模式（占比5%，如海思半导体）、Foundry代工模式（占比15%，如海威华芯）。 - 下游：涵盖光电子（Mini/Micro LED、传统LED照明）、射频电子（5G基站、卫星通信、国防军工）及电力电子（消费类快充、新能源汽车、工业电源、光伏逆变器）三大方向。 - 2021年中国GaN/SiC功率器件应用市场结构：消费类电源占28%，工业及商业电源占26%，新能源汽车占11%，光伏逆变器占8%，工业电机占4%，不间断电源占13%。 - 2021年中国GaN射频器件应用结构：国防军事与航天占53%，无线基础设施（5G基站）占36%，移动终端设备占1%，其他占10%。 【驱动因素】 1. 5G通信基站大规模建设：49%的GaN射频器件应用于无线通信领域。5G高频宽带信号处理要求更高，GaN功率放大器和微波射频器件具有耐高温、高压和高功率密度特性。中国5G基站数量由2019年的15.3万座快速增长，2022年预计达200万座。 2. 消费电子快充需求爆发：苹果等手机厂商取消标配充电头，推动第三方快充市场快速扩容。相比传统硅基充电器，GaN充电器在同等功率下体积缩减显著、质量更轻、发热低且支持多口大功率快充。 【发展趋势】 1. 拓展新能源汽车应用市场：GaN器件应用于车载充电器（OBC）和DC-DC转换器，可实现尺寸缩减80%、充电效率达98%、节能70%并提升续航5%。预计2025年全球电动汽车GaN芯片市场机会总值将超25亿美元。宝马、丰田、纳微半导体、安世半导体正加速研发车规级产品。 2. 拓展垃圾处理与环保应用市场：全球城市生活垃圾处理面临二次污染挑战，等离子体气化技术环保且可将垃圾转化为合成气能源。GaN固态微波发生器（如RFHIC推出的12kW SiC基GaN微波发生器）相比传统磁控管系统，能效提升至最高74%、数字精确可控、寿命达10年，推动等离子体气化技术规模化落地。 【竞争格局】 - 企业格局：行业集中度相对分散，呈现中游企业向上游延伸、上游企业向中下游拓展的全产业链整合趋势。英诺赛科（8英寸硅基GaN量产，产能1万片/月）、三安光电（6英寸产线，涵盖外延/芯片/全产业链）、海威华芯（6英寸纯晶圆代工，产能8000片/月）等领跑行业。 - 区域格局：主要集中在东部及东南沿海省份。江苏省集聚了苏州纳维、晶湛半导体、苏州能讯、英诺赛科、能华微电子、中电科55所和聚灿光电，产业链完整度与产业规模位居全国第一；此外广东、四川、福建、浙江、上海等地均有特色布局。 【重点推荐企业】 1. 三安光电：成立于2000年，国内LED与化合物半导体龙头，建设国内首条6寸GaN生产线，业务覆盖LED外延芯片、光通讯芯片、射频前端和电力电子，具备研发、人才及全产业链整合优势。 2. 英诺赛科：成立于2015年，采用IDM模式，拥有全球最大的8英寸硅基氮化镓晶圆产线（珠海+苏州工厂当前合计1万片/月，规划2025年达6.5万片/月），产品覆盖高压与低压GaN HEMT及系统集成解决方案，在消费电子和车载激光雷达领域客户基础广泛。 3. 海威华芯：成立于2010年，海特高新与中电科29所合资企业，国内领先的6英寸GaAs/GaN纯晶圆代工制造企业（Foundry），具备0.25μm/0.5μm GaN HEMT工艺及1000级洁净度晶圆测试能力。 【方法论】 头豹研究院深入研究19大行业，持续跟踪532个垂直细分行业，结合定量数据挖掘与定性逻辑分析，前瞻预测行业趋势。 【法律声明】 本报告著作权归头豹所有，未经书面许可不得翻版、复刻、发表或引用。报告信息仅供参考，不构成投资建议。