在電源管理領(lǐng)域，隨著應(yīng)用對高壓和高性能的要求逐步提升，GaN（氮化鎵）越來越受到重視。從理論的角度來看，GaN提供了超越傳統(tǒng)硅MOSFET的技術(shù)優(yōu)勢。盡管目前的功率GaN市場與32.8億美元的硅電源管理市場相比顯得微不足道，但GaN器件正在向各應(yīng)用領(lǐng)域滲透，例如，LiDAR，這是高端應(yīng)用，可充分利用功率GaN的高頻開關(guān)特性。據(jù)Yole Développement預(yù)測，到2023年，功率GaN市場規(guī)模將達(dá)到4.23億美元，復(fù)合年增長率（CAGR）為93％。

　　目前來看，功率GaN最大的應(yīng)用場景仍然是電源，如手機(jī)的快速充電。2018年，Navitas和Exagan公司就推出了帶集成GaN解決方案的45W快速充電電源適配器。

　　以蘋果為代表的智能手機(jī)巨頭們也對GaN的應(yīng)用潛力高度關(guān)注，如果像蘋果這樣的公司采用GaN，許多其他公司將會跟進(jìn)，使得該市場具有極大的發(fā)展空間。

　　在電動(dòng)汽車市場，GaN的參與廠商，如EPC和Transphorm，已經(jīng)獲得汽車認(rèn)證，正在為GaN的潛在增長做準(zhǔn)備。

　　功率GaN產(chǎn)業(yè)鏈

　　自商用功率GaN器件首次發(fā)布以來，已過去8年，有越來越多的企業(yè)進(jìn)入該產(chǎn)業(yè)鏈，如EPC、GaN Systems、Transphorm、Navitas等。這些初創(chuàng)企業(yè)中的大多數(shù)都選擇代工模式，主要使用臺積電（TSMC）、Episil或X-fab作為他們的首選合作伙伴，在此基礎(chǔ)上，會有越來越多的代工廠提供這項(xiàng)服務(wù)。

　　與此同時(shí)，功率器件行業(yè)巨頭，如英飛凌，安森美半導(dǎo)體，意法半導(dǎo)體，松下和德州儀器等，也在過去的幾年里，特別是2018年啟動(dòng)了新的GaN項(xiàng)目，引起了業(yè)界的普遍關(guān)注，例如：

　　由于功率GaN屬于新興產(chǎn)業(yè)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈還處于發(fā)展初期，并不成熟，但基于原有的功率技術(shù)和產(chǎn)業(yè)功底，產(chǎn)業(yè)鏈也已經(jīng)基本成型，相關(guān)企業(yè)也都在各自的領(lǐng)域磨刀霍霍，準(zhǔn)備迎接功率GaN市場的爆發(fā)。

　　縱觀整個(gè)功率GaN產(chǎn)業(yè)鏈，可以大致劃分為七大版塊，每部分都有相應(yīng)的供應(yīng)商，分別是：硅襯底供應(yīng)商，硅基GaN外延片供應(yīng)商，功率GaN器件代工廠（外延+器件制造），器件設(shè)計(jì)+GaN外延制造，F(xiàn)abless（器件和外延設(shè)計(jì)），純代工廠，IDM。

　　下面我們就逐一介紹一下這七大版塊中的代表企業(yè)。

　　硅襯底供應(yīng)商

　　德國世創(chuàng)（Siltronic）

　　全球第四大硅晶圓廠商，總部位于德國慕尼黑，該公司在德國擁有150/200/300mm晶圓產(chǎn)線，在美國有一座200mm的晶圓廠，在新加波則擁有200mm和300mm產(chǎn)線。

　　日本信越化學(xué)（Shin-Etsu）

　　全球集成電路用硅片制造商巨頭。信越化學(xué)工業(yè)株式會社作為一家原材料生產(chǎn)商，從50年前推出有機(jī)硅制造和銷售以來，'信越有機(jī)硅' 在全世界所開展的最高品質(zhì)有機(jī)硅產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)業(yè)務(wù)取得了良好業(yè)績。

　　為了滿足日益擴(kuò)大的產(chǎn)品要求，'信越有機(jī)硅'在日本、美國、荷蘭、中國臺灣、韓國、新加坡以及中國浙江和上海建立了全球范圍的生產(chǎn)和銷售網(wǎng)絡(luò)，以較低的成本向客戶提供高效率的服務(wù)。

　　日本勝高（Sumco）

　　Sumco集團(tuán)是世界第二大硅晶圓供應(yīng)商，其硅襯底產(chǎn)能會直接影響未來的GaN晶圓市場走勢。

　　SunEdison

　　SunEdison前身是始創(chuàng)于1959年的美商休斯電子材料公司(MEMC Electronic Materials Inc.)，是全球光伏行業(yè)硅材料鼻祖之一，也是全球最大潔凈能源開發(fā)商，其資產(chǎn)一度高達(dá)百億美元。

　　2016年8月，保利協(xié)鑫能源控股有限公司宣布，與SunEdison簽署協(xié)議，以約1.5億美元收購后者及其附屬企業(yè)SunEdison Products Singapore、MEMCPasadena、Solaicx的相關(guān)資產(chǎn)。

　　臺灣合晶（Wafer Works）

　　該晶圓廠通過垂直整合的單晶錠，拋光和Epi晶圓生產(chǎn)線，為客戶提供各種晶圓解決方案。主要產(chǎn)品為半導(dǎo)體硅晶圓材料、太陽能電池用硅晶圓材料與LED產(chǎn)業(yè)用的藍(lán)寶石基板。

　　硅基GaN外延片供應(yīng)商

　　NTT AT（日本電信公司研究所）

　　NTT-AT可提供高質(zhì)量的GaN外延片，確保與IC制造商的設(shè)計(jì)理念保持一致。此外，該公司通過精確控制外延生長條件，并根據(jù)NTT實(shí)驗(yàn)室繼承的專有技術(shù)和多年積累的技術(shù)保持穩(wěn)定工藝，不斷致力于減少漏電流和減少塌陷。

　　NTT-AT已經(jīng)準(zhǔn)備了適合研發(fā)高均勻性要求和商業(yè)產(chǎn)品穩(wěn)定批量生產(chǎn)的晶圓生產(chǎn)系統(tǒng)。NTT-AT是IC制造商的合作伙伴，可為客戶提供GaN HEMT外延片。

　　日本DOWA

　　是一家化合物半導(dǎo)體供應(yīng)商，提供用于激光器與傳感器的鎵系列半導(dǎo)體材料、紅光及紅外發(fā)光二極管（LED）等產(chǎn)品，并在用于高功率半導(dǎo)體的氮化物半導(dǎo)體，以及用于殺菌設(shè)備的深紫外LED等發(fā)展?jié)摿^大的領(lǐng)域開發(fā)新的產(chǎn)品。

　　IQE（Integrity, quality and expertise）

　　是總部位于英國威爾士加的夫的半導(dǎo)體晶圓產(chǎn)品和經(jīng)營服務(wù)供應(yīng)商。

　　EpiGaN

　　EpiGan成立于2010年，總部位于比利時(shí)東部哈瑟爾特市，是全球知名的微電子產(chǎn)學(xué)研中心IMEC的衍生公司，擁有頂尖的團(tuán)隊(duì)和強(qiáng)大的自主研發(fā)能力。該公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了8英寸硅基氮化鎵磊晶圓工業(yè)量產(chǎn)，與主流的6英寸產(chǎn)線相比，其生產(chǎn)工藝處于行業(yè)先進(jìn)水平。

　　EpiGaN的主要產(chǎn)品為硅基氮化鎵（GaN-on-Si）和碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）外延片，廣泛應(yīng)用于5G通訊、高效電力電子、射頻功率、傳感器等領(lǐng)域。主要合作伙伴包括歐洲航天局、博世、英飛凌、IBM、艾默生、OMMIC等知名機(jī)構(gòu)和企業(yè)。

　　該公司是歐盟在2018年1月份啟動(dòng)的為期36個(gè)月的歐盟研究項(xiàng)目SERENA（硅基高效毫米波歐洲系統(tǒng)集成平臺）的重要成員。

　　功率GaN器件代工廠（外延+器件制造）

　　EPISIL（漢磊先進(jìn)投資控股公司）

　　前身為漢磊科技公司，主要業(yè)務(wù)為功率半導(dǎo)體的晶圓代工。為了強(qiáng)化在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的布局，于2014年10月轉(zhuǎn)型成立投資控股公司，同時(shí)將磊晶及晶圓代工兩個(gè)事業(yè)部，獨(dú)立為兩家子公司。

　　漢磊投控及其子公司全力投入創(chuàng)新技術(shù)及產(chǎn)品的開發(fā)，GaN及SiC功率半導(dǎo)體元件的開發(fā)量產(chǎn)，即是該公司積極投入能源產(chǎn)業(yè)的證明。

　　BRIDG

　　擁有8英寸晶圓制造能力，位于美國佛羅里達(dá)，專注于智能傳感器，成像器，先進(jìn)設(shè)備和2.5D / 3D芯片集成的先進(jìn)技術(shù)的開發(fā)和制造。

　　此外，F(xiàn)UJITSU（富士通）和臺積電也提供功率GaN器件代工（外延+器件制造）服務(wù)。

　　器件設(shè)計(jì)+GaN外延制造

　　Transphorm

　　美國Transphorm是一家設(shè)計(jì)、生產(chǎn)氮化鎵功率轉(zhuǎn)換器和模塊的企業(yè)。

　　該公司創(chuàng)始人Primit Parish和Umesh Mishra早年創(chuàng)辦并成功運(yùn)營了一家名為Nitres的GaN LED公司，在Nitres被Cree（科銳）收購后，2007年，兩人便聯(lián)合創(chuàng)辦了Transphorm。十年來，Transphorm一直專注于將高壓GaN FET推向市場。致力于為電力電子市場（數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、PV轉(zhuǎn)換器、感應(yīng)/伺服電機(jī)、工業(yè)及汽車等商業(yè)供電市場）設(shè)計(jì)、制造和銷售GaN產(chǎn)品。

　　2013年，Transphorm推出了當(dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)唯一經(jīng)過JEDEC認(rèn)證的GaN器件。2017年3月，又推出了市場上僅有的一款經(jīng)過AEC-Q101認(rèn)證的650V車用GaN器件。

　　Exagan

　　在研究機(jī)構(gòu)CEA-Leti 與半導(dǎo)體材料公司Soitec 支持下，Exagan于2014 年創(chuàng)立，致力于加速電力電子產(chǎn)業(yè)，從硅為基礎(chǔ)的技術(shù)轉(zhuǎn)移至硅上氮化鎵的技術(shù)(GaN-on-silicon technology)，以使電能轉(zhuǎn)換器體積更小、更有效率。

　　Exagan的氮化鎵電源開關(guān)設(shè)計(jì)能在標(biāo)準(zhǔn)200mm 晶圓廠制造，透過強(qiáng)大的供應(yīng)鏈提供高效能、高可靠度的產(chǎn)品。其G-FETTM 與G-DRIVETM產(chǎn)品線可提供極高效能、極低耗損的電能轉(zhuǎn)換，大幅增加電能轉(zhuǎn)換元件的使用效率，并能應(yīng)用于如太陽能、工業(yè)、汽車與通訊等多個(gè)領(lǐng)域。

　　Exagan 的200mm 氮化鎵策略伙伴包含X-FAB Silicon Foundries和國際級研究機(jī)構(gòu)CEA-Leti，品質(zhì)控管與測試則與T?V NORD GROUP 合作。

　　Exagan 的主要據(jù)點(diǎn)在法國格勒諾布爾(Grenoble)與土魯斯(Toulouse)。

　　Fabless（器件和外延設(shè)計(jì)）

　　GaN Systems

　　GaN Systems可以設(shè)計(jì)更小，更低成本，更高效的功率GaN器件。該公司通過改變晶體管性能，可幫助電力轉(zhuǎn)換客戶企業(yè)改變其行業(yè)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)共贏。

　　Navitas Semiconductor

　　成立于2014年。

　　如果高開關(guān)頻率可以與高能效相結(jié)合，則電力系統(tǒng)可以在充電速度，功率密度和成本降低方面實(shí)現(xiàn)顯著改善。Navitas通過業(yè)界首款GaN功率IC的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了這一革命，該功率IC可將開關(guān)速度提高100倍，同時(shí)節(jié)能40％或更多。該公司名稱Navitas的起源是拉丁語的“能源”。

　　VisIC Technologies

　　總部位于以色列耐斯茲敖那，2010年由一群GaN技術(shù)專家創(chuàng)立，旨在開發(fā)和銷售基于氮化鎵的先進(jìn)功率傳喚產(chǎn)品。VisIC已經(jīng)成功開發(fā)了基于氮化鎵的大功率晶體管和模塊。VisIC已經(jīng)獲得了氮化鎵技術(shù)的保護(hù)專利，目前還在申請其它專利。

　　VisIC的獨(dú)特專有技術(shù)是以氮化鎵晶體管知識為基礎(chǔ)，利用GaN模具設(shè)計(jì)高效和高級封裝，制造性價(jià)比高、尺寸小、性能極佳的器件。

　　其ALL-Switch系列是系統(tǒng)級封裝（SIP）開關(guān)。在封裝內(nèi)整合安全功能，導(dǎo)通電阻低，尤其是快速切換性能極佳、占空小。ALL-Switch產(chǎn)品非常適用于對高效率、高功率密度和低成本要求嚴(yán)格的應(yīng)用。

　　宜普電源轉(zhuǎn)換公司（EPC）

　　EPC是基于增強(qiáng)型氮化鎵的功率管理器件供應(yīng)商，是首家推出替代功率MOSFET器件的硅基增強(qiáng)型氮化鎵(eGaN)場效應(yīng)晶體管企業(yè)，其目標(biāo)應(yīng)用包括直流-直流轉(zhuǎn)換器、無線電源傳送、包絡(luò)跟蹤、射頻傳送、功率逆變器、激光雷達(dá)（LiDAR）及D類音頻放大器等，器件性能比硅功率MOSFET器件高出很多。此外，EPC正在擴(kuò)大基于eGaN的產(chǎn)品線，可為客戶提供進(jìn)一步節(jié)省占板面積、節(jié)能及節(jié)省成本的解決方案。

　　Dialog

　　總部位于英國倫敦的Dialog半導(dǎo)體公司，于2016下半年，開始向快速充電電源適配器廠商提供GaN電源IC，Dialog公司的企業(yè)發(fā)展和戰(zhàn)略高級副總裁Mark Tyndall當(dāng)時(shí)表示：“當(dāng)臺積電開始在6英寸晶圓上提供GaN時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)信號，說明進(jìn)入GaN市場的時(shí)機(jī)成熟了?！?/p>

　　自那以后，Dialog一直與臺積電合作，致力于將高電壓GaN電源IC和控制器推向市場。Dialog的電源管理IC和數(shù)字“RapidCharge”電源轉(zhuǎn)換控制器相結(jié)合，可以提供與現(xiàn)有硅FET相比更高效、尺寸更小、功率密度更高的電源方案。

　　GaNPower International

　　該公司通過整合和利用其在GaN HEMT功率器件設(shè)計(jì)、控制器和驅(qū)動(dòng)器IC設(shè)計(jì)，以及電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢，正在創(chuàng)建一個(gè)垂直整合的設(shè)計(jì)價(jià)值鏈，為客戶提供先進(jìn)的產(chǎn)品。

　　該公司的產(chǎn)品優(yōu)勢包括：高開關(guān)頻率允許通過降低晶體管成本和使用更小的無源元件來顯著降低制造成本。 這也意味著使用GaN晶體管的電力電子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，體積小，重量輕。

　　此外，GaN材料出色的熱性能允許更小甚至無需散熱器，進(jìn)一步減小了尺寸和重量，并降低了總成本。

　　除了以上企業(yè)，Tagore Technology也是一家專注于功率GaN的Fabless。

　　純代工廠

　　X-Fab

　　X-Fab的總部設(shè)在德國愛爾福特，主要代工生產(chǎn)模擬和混合信號集成電路，以及高壓應(yīng)用的GaN和SiC解決方案。

　　X-Fab在2017年的銷售額為5.82億美元，2016年的銷售額為5.13億美元。

　　世界先進(jìn)（VIS）

　　于1994年12月在中國臺灣新竹科學(xué)園成立。是特殊工藝IC制造服務(wù)的領(lǐng)先廠商。世界先進(jìn)目前擁有三座八吋晶圓廠，2018年平均月產(chǎn)能約十九萬九千片晶圓。

　　世界先進(jìn)充分運(yùn)用既有技術(shù)核心專長，配合產(chǎn)業(yè)及市場增長需求，持續(xù)增加產(chǎn)品及制程研發(fā)投資，在功率器件方面，目前持續(xù)研發(fā)的制程技術(shù)包括高壓制程（High Voltage）、超高壓制程（Ultra High Voltage）、BCD（Bipolar CMOS DMOS）制程、SOI（Silicon on Insulator）等，而功率GaN和SiC也是該公司重點(diǎn)開發(fā)的業(yè)務(wù)版塊。

　　GCS（環(huán)宇通訊半導(dǎo)體）

　　1997年成立于美國加利福尼亞，是經(jīng)過ISO認(rèn)證的、提供III-V族化合物半導(dǎo)體（砷化鎵、磷化銦、氮化鎵）純專業(yè)晶圓制造服務(wù)廠商，所制造的產(chǎn)品包括用于無線通訊市場的射頻IC和毫米波電路，以及用于功率電子市場的功率元件等，其中就包括功率GaN代工服務(wù)。

　　此外，行業(yè)知名的特種工藝晶圓代工廠TowerJazz也提供GaN代工服務(wù)。

　　IDM

　　意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，ST）

　　該公司正在將產(chǎn)品組合擴(kuò)展至GaN領(lǐng)域。去年9月，意法半導(dǎo)體展示了其在功率GaN方面的研發(fā)進(jìn)展，并宣布將建設(shè)一條新產(chǎn)線，生產(chǎn)包括GaN-on-Si異質(zhì)外延在內(nèi)的產(chǎn)品。

　　該公司于2018年與CEA-Leti展開功率GaN合作，主要涉及常關(guān)型GaN HEMT和GaN二極管設(shè)計(jì)及研發(fā)，這將充分發(fā)揮CEA-Leti的知識產(chǎn)權(quán)和意法半導(dǎo)體的專業(yè)知識（Know-how）。ST在位于法國格勒諾布爾的CEA-Leti中試線上研發(fā)產(chǎn)品，并在技術(shù)成熟后轉(zhuǎn)移至意法半導(dǎo)體的8英寸量產(chǎn)線（也在法國）。

　　此外，意法半導(dǎo)體還在與MACOM合作研發(fā)射頻GaN產(chǎn)品。

　　英飛凌

　　2014年9月，英飛凌以30億美元收購美國國際整流（IR）公司，通過此次并購，英飛凌取得了IR的Si基板GaN功率半導(dǎo)體制造技術(shù)。IR于2010年推出了第一批商用化的GaN產(chǎn)品iP2010和iP2011，用于多相和POL的DC-DC轉(zhuǎn)換器、開關(guān)和服務(wù)器等。2013年5月，IR開始Si上GaN器件的商業(yè)化。

　　2015年3月，英飛凌和松下達(dá)成協(xié)議，聯(lián)合開發(fā)采用松下電器的常閉式Si基板GaN晶體管，與英飛凌的表貼（SMD）封裝的GaN器件，推出高能效600V GaN功率器件。松下向英飛凌授予了使用其常閉型GaN晶體管結(jié)構(gòu)的許可。按照協(xié)議，兩家公司均可生產(chǎn)高性能GaN器件。

　　英飛凌于2018年底開始量產(chǎn)CoolGaN 400V和600V增強(qiáng)型HEMT。

　　安森美半導(dǎo)體

　　在功率GaN研發(fā)方面，安森美正在與Transphorm合作，共同開發(fā)和推廣基于GaN的產(chǎn)品和電源系統(tǒng)方案，用于工業(yè)、計(jì)算機(jī)、通信、LED照明及網(wǎng)絡(luò)的各種高壓領(lǐng)域。2017年，兩家公司聯(lián)名推出了600 V GaN 級聯(lián)結(jié)構(gòu)(Cascode)晶體管NTP8G202N和NTP8G206N，兩款器件的導(dǎo)通電阻分別為290 m?和150 m?，輸出電容分別為36 pF和56 pF，反向恢復(fù)電荷分別為0.029 µC和0.054 µC，采用優(yōu)化的TO-220封裝，易于根據(jù)客戶現(xiàn)有的制板能力集成。

　　基于同一導(dǎo)通電阻等級，該公司第一代600 V硅基GaN器件已比高壓硅MOSFET提供好4倍以上的門極電荷、更好的輸出電荷、差不多的輸出電容和好20倍以上的反向恢復(fù)電荷，通過繼續(xù)改進(jìn)，未來GaN的優(yōu)勢將會越來越明顯。

　　德州儀器（TI）

　　TI 的 GaN 系列解決方案集成了高速柵極驅(qū)動(dòng)器、EMI 控制、過熱和過流保護(hù)，同時(shí)具有 100ns 的響應(yīng)時(shí)間。集成式器件使布局得以優(yōu)化，能夠最大限度地減少寄生電感、提高 dv/dt 抗擾性 (CMTI)，并縮小布板空間。

　　松下（Panasonic）

　　在GaN開發(fā)過程中、Panasonic解決了很多課題。特別是其X-GaN系列，優(yōu)點(diǎn)突出，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：安全〈實(shí)現(xiàn)常關(guān)〉；和Si-MOSFET相同的驅(qū)動(dòng)方法〈不容易壞的柵極〉；易于設(shè)計(jì)〈無電流崩塌〉。

　　X-GaN采用HD-GIT結(jié)構(gòu)，從小功率到大功率設(shè)備，可提供最合適的封裝選擇。小功率提供DFN6x4，中大功率提供DFN8x8，大功率提供PSOP封裝。另外，其所有產(chǎn)品都可采用Kelvin Source，可以把源極寄生電感降到最小，實(shí)現(xiàn)高頻穩(wěn)定工作。

　　結(jié)語

　　以上為全球功率GaN產(chǎn)業(yè)鏈上的七大版塊及各自的代表企業(yè)，從中我們可以看出，功率GaN技術(shù)、產(chǎn)品及市場主要還是掌控在美、日、歐企業(yè)手中，相對而言，我國本土企業(yè)規(guī)模和影響力還較小。但在巨大市場發(fā)展?jié)摿Φ膸?dòng)下，我國一批功率GaN企業(yè)也在奮起直追，并開始逐步填充和健全我國的GaN產(chǎn)業(yè)體系。希望在不久的將來能與上面這些跨國企業(yè)一爭高下。