一、第三代半导体技术不断突破，氮化镓将领跑半导体市场
化工新材料领域是化工行业未来发展的一个重要方向，传统化工行业随着下游需求增速放缓，市占率向龙头集中是大趋势，核心竞争门槛为成本和效率；下游仍处于快速增长的新材料领域则不同，核心的竞争壁垒为研发能力、产业链验证门槛、服务能力等，随着政策支持，国内化工新材料行业有望迎来加速成长期。氮化镓（GaN）可同时涵盖射频和功率领域，特别是在高功率和高频率领域应用效果特别出色；可广泛应用于通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域；由于商业化进展快，将领跑第三代半导体市场。
化合物半导体主要材料及应用领域
资料来源：中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告（2023-2030年）
根据观研报告网发布的《中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告（2023-2030年）》显示，第三代半导体是指化合物半导体，包括SiC(碳化硅)、GaN（氮化镓）、ZnO（氧化锌）、GaO（氧化镓）、AlN（氮化铝），以及金刚石等宽禁带半导体材料（导带与禁带间能隙差Eg>2.3eV）。第三代半导体具有高击穿电场、高热导率、高电子迁移率、高工作温度等优点。
不同半导体材料性能对比
硅 | 砷化嫁 | 碳化硅 | 氮化嫁 | |
工作频率 | 小于3.5GHz | 2-300GHz | 大于3GHz | 大于3GHz |
禁带宽度（eV) | 1.1 | 1.4 | 3.3 | 3.4 |
电子迁移率(cm2/Vs) | 1350 | 8500 | 1000 | 2000 |
热导率(W/cm.K) | 1.49 | 0.45 | 4.9 | 2.1 |
击穿场强(MV/cm) | 0.3 | 0.4 | 2.8 | 3.3 |
工作温度（摄氏度） | 175 | 350 | 600 | 800 |
资料来源：中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告（2023-2030年）
以SiC和GaN为代表物质制作的器件具有更大的输出功率和更好的频率特性。 GaN作为一种宽禁带材料，和硅等传统半导体材料相比，能够在更高压、更高频、更高温度的环境下运行。
氮化镓器件的优势
资料来源：中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告（2023-2030年）
从结构上看，Si是垂直型的结构，GaN是平面型的结构，这也使得GaN的带隙远大于Si。SiC相比，GaN在成本方面表现出更强的潜力,且GaN器件是个平面器件,与现有的Si半导体工艺兼容性强,这使其更容易与其他半导体器件集成。
GaN具备带隙大( 3.4eV )、 绝缘破坏电场大( 2x 106V/cm )及饱和速度大( 2.7x 107cm/s )等Si及GaAs不具备的特点。由于容易实现异质结构,因此在LED、半导体激光器、高频及高功率元器件等领域的应用不断扩大。
氮化镓器件制作流程以及应用领域
衬底 | 外延片 | 器件 | 应用领域 |
碳化硅 | GaN-on-SiC:4英寸已量产，异质外延 | 射频型GaNHEMT器件，GaN单片集成电路 | 射频领域:5G基站功放PA、军用雷达 |
硅片 | GaN-on-Si:4-6英寸为主，异质外延 | 功率型HEMT器件，650V-900V | 电力电子领域:消费电子快充产品、新能源车电机驱动、电源转换 |
蓝宝石 | GaN-on-Sapphire:成本低，异质外延 | LED芯片，白光、黄光、Miniled | |
氮化镓 | GaN-on-GaN:性能好成本高，同质外延 | LED芯片，紫外及激光器 | 射频领域:5G基站功放PA、军用雷达 |
资料来源：中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告（2023-2030年）
硅基和碳化硅基的器件将率先商用：虽然基于GaN衬底的GaN器件，在各个性能指标都处于领先水平，但是衬底价格过高。所以硅基和碳化硅基的GaN器件将会率先商用。
基于不同工艺类型GaN器件性能对比
GaN-on-si | GaN-on-siC | GaN-on-GaN | |
缺陷密度（缺陷个数/cm2) | 1E+9 | 5E+8 | 1E+3 to 1E+5 |
晶格失配（%） | 17 | 3.5 | 0 |
热膨胀系数（%) | 54 | 25 | 0 |
漏电流 | 大 | 大 | 小 |
集成可能性 | 高 | 中等 | -- |
衬底价格（4寸，美元/片） | 45 | 600 | 4000 |
资料来源：中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告（2023-2030年）
各种类型GaN器件性能对比
类别 | 优点 | 缺点 | 应用 |
常开型 | 结构工艺制程简单，成本低 | 负电压关断，无法用于电力电子系统 | 射频通信，微波通信，单片集成 |
常关型 | 正阈值电压 | 结构工艺制程复杂，成本高，需要驱动 | 射频通信和功率电子器件 |
级联型 | 门级无需特别驱动，工艺制程简单 | 通态电阻增大，成本较高 | 功率电子器件 |
资料来源：中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告（2023-2030年）
二、氮化镓获政策支持，国内投资不断扩大
自20年前出现首批商业产品以来，GaN已成为射频功率应用中LDMOS和GaAs的重要竞争对手，其性能和可靠性不断提高且成本不断降低。第一批GaN-on-SiC和GaN-on-Si器件几乎同时出现，但GaN-on-SiC技术更加成熟。目前在射频GaN市场上占主导地位的GaN-on-SiC突破了4GLTE无线基础设施市场，并有望在5G的Sub-6GHz实施方案的RRH（RemoteRadioHead）中进行部署。以氮化镓为材料的功率半导体器件可广泛应用于工业、通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域。
第三代半导体材料行业是我国重点鼓励发展的产业，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性和基础性产业。“十三五”时期以来，国家层面的政府部门发布了多项关于半导体行业、半导体材料行业的支持、引导政策，这些鼓励政策涉及减免企业税负、加大资金支持力度、建立产业研发技术体系等等。
氮化镓相关政策
时间 | 发布部门 | 政策 | 要点 |
2021年1月 | 发改委 | 《产业结构调整指导目录》 | 支持产业:半导体、光电子器件、新型电子元器件（片式元器件、电力电子器件、光电子器件、敏感元器件及传感器、新型机电元件、高频微波印制电路板、高速通信电路板、柔性电路板、高性能覆铜板等）等电子产品用材 |
2020年11月 | 发改委商务部 | 《鼓励外商投资产业目录》 | 支持引进:化合物半导体材料（砷化镓、磷化镓、磷化锢、氮化镓），碳化硅（SiC）超细粉体（纯度≥99%，平均粒径<1um)、氮化硅（Si3N4）超细粉体（纯度>99%，平均粒径<1 um) |
2020年7月 | 国务院 | 《新时期促进集成电路和软件产业高质量发展的若干政策》 | 国家鼓励的集成电路设计、装备、材料、封装、测试企业和软件企业，自获利年度起，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按照25%的法定税率减半征收企业所得税 |
2019年12月 | 工信部 | 《重点新材料首批次应用示范指导目录》 | 推荐材料:氮化镓单品衬底、功率器件用氮化镓外延片、碳化硅外延片、碳化硅单品衬底、碳化硅陶瓷膜过滤材料、立方碳化硅微粉、氧化铝陶瓷粉体及基板 |
资料来源：中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告（2023-2030年）
随着新能源电动企业的快速发展，全球各大车企和半导体厂商都将目光瞄准以碳化硅（SiC）与氮化镓（GaN）为代表的的第三代半导体领域。
近年来氮化镓相关投资汇总
公司 | 投资金额 | 建设内容 | 项目进程 |
天和通讯 | 60亿元 | GaN-on-SiC全产业链 | 2020.01.02开工 |
吴越半导体 | 37亿元 | 2-6寸GaN全产业链 | 2020.02.21签约 |
北京绿能芯刨 | 20亿元 | 6寸SiC生产线，1Ok/月 | 2020.02.21开工 |
博方嘉芯 | 25亿元 | 一期:6寸GaN , 1k/月二期:GaN射频，3k/月GaN功率，20k/月 | 2020.04.10开工 |
郑州航空港实验区 | SiC生产线 | 2020.06.11签约 | |
华通芯电 | 29亿元 | 期:GaAs , 7k/月二期:GaN时顿，3k/月GaN功率，20k/月 | 2020.06.19签约 |
长沙三安 | 160亿元 | SiC全产业节 | 2020.07.20开工 |
博蓝特 | 10亿元 | SiC衬底，mini LED蓝宝石衬底 | 2020.07.23开工 |
露笑科技 | 100亿元 | SiC产业化项目 | 2020.08.08签署合作框架 |
天科合达 | 9.5亿元 | 生产线，6寸SiC衬底120k/月 | 2020.08.17开工 |
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