摘要：第三代半導體具備耐高壓、高頻、高效、耐高溫、抗輻射能力強等優(yōu)越性能，是支撐新一代信息技術、節(jié)能減排和智能制造的“核芯”。美國、日本和歐洲各國已經(jīng)進行戰(zhàn)略部署，我國經(jīng)過20年的發(fā)展，已經(jīng)成為以半導體照明為主體的第三代半導體產(chǎn)業(yè)大國，近10年平均產(chǎn)值年增長率保持30%以上。本文對第三代半導體材料之一氮化鎵產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做了重點解析。

　　政策支持力度大，期待從追趕到超越

　　最早，《中國制造2025》計劃中明確提出要大力發(fā)展第三代半導體產(chǎn)業(yè)。2016年，國務院印發(fā)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，第三代半導體被列為國家科技創(chuàng)新2030重大項目“重點材料研發(fā)及應用”方向之一。

　　2017年，北京、江蘇、山東和廣東等地陸續(xù)出臺促進化合物半導體發(fā)展的62項相關政策。地方政府出臺“十三五規(guī)劃”、“重點研發(fā)計劃”、“科技創(chuàng)新規(guī)劃”中涉及第三代半導體條款的政策有30條。

　　國內(nèi)已經(jīng)形成了第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集區(qū)：京津冀、長三角、珠三角、和閩三角。政策支持新興高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展對當?shù)亟?jīng)濟結構調整、產(chǎn)業(yè)轉型升級起到積極的促進作用。我國在該領域已經(jīng)迎來了從追趕到超越的歷史機遇。

　　中國專利量占全球的23%，但美日歐技術優(yōu)勢明顯

　　全球范圍內(nèi)，氮化鎵專利申請量排名前四的國家及地區(qū)是日本、中國、美國、韓國、中國臺灣，其中中國專利量占全球的23%。主要機構包括：中科院、西安電子科技大學、中國電子科技集團等。這些專利布局主要集中在發(fā)光二極管、激光二極管、場效應晶體管、電極等電子器件領域以及沉積方法、外延生長等加工工藝上。如表1所示。

表1 氮化鎵領域重點機構技術布局

(來源：中科院文獻情報中心)

　　在電力電子領域，美國的產(chǎn)業(yè)鏈整體技術實力雄厚，歐洲主要集中在外延環(huán)節(jié)，亞洲企業(yè)在材料環(huán)節(jié)具有優(yōu)勢，日本信越、富士電機和臺灣漢磊等在襯底和外延方面表現(xiàn)優(yōu)異。

　　射頻微波領域，全球有超過30家企業(yè)從事氮化鎵半導體的研發(fā)，其中，實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的企業(yè)僅有10家左右。美國、歐洲和日本在軍事雷達和無線基站通信領域的技術世界領先。歐洲聚焦于5G通信，技術創(chuàng)新能力強。日本在氮化鎵射頻領域的研發(fā)應用多以民用為主，軍用為輔。

　　半導體照明領域，日亞化學的LED芯片技術領先，德國歐司朗、荷蘭飛利浦、韓國三星等在封裝方面技術實力雄厚，中國木林森在全球LED分裝方面營收排入前十。

　　在激光器方面，位于國際前列的企業(yè)為日本日亞、德國歐司朗。日本住友電工、日立電纜等企業(yè)在襯底材料方面技術儲備深厚，而美國kyma公司、法國lumilog公司已經(jīng)實現(xiàn)了2英寸氮化鎵襯底的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。

　　在探測器方面，韓國Genicom公司和日本Kyosemi公司可批量供應氮化鎵紫外探測器。Genicom公司已經(jīng)推出了多款氮化鎵紫外探測器模塊化應用產(chǎn)品。更多重點企業(yè)及格局分布見表2。

表2 第三代半導體材料氮化鎵生產(chǎn)企業(yè)格局

(來源：公開資料整理)

　　軍民兩用是國內(nèi)氮化鎵材料產(chǎn)業(yè)化特色

　　氮化鎵單晶材料，蘇州納維、東莞中鎵具備2~4英寸襯底材料的供貨能力。氮化鎵電力電子材料和器件方面，蘇州能訊、蘇州晶湛、江蘇能華、杭州士蘭微、江蘇華功均已進入布局。氮化鎵射頻器件以高頻、高效、大功率的特點廣泛應用于雷達、電子戰(zhàn)等軍工領域，在解決國家重大安全需求上發(fā)揮了關鍵作用。臺積電和穩(wěn)懋是目前國內(nèi)企業(yè)代工的主要平臺，三安光電、蘇州能訊已經(jīng)布局，而中電13所、55所、29所(海特高新)已經(jīng)在軍用領域占據(jù)優(yōu)勢。中電13所已形成系列化氮化鎵微波功率器件和MMIC產(chǎn)品，已被華為、中興采用進行基站的研發(fā)。

　　5G通訊和半導體照明推動市場增長

　　5G通訊的革命性轉變重塑了射頻技術產(chǎn)業(yè)，也為氮化鎵射頻器帶來重大的市場機遇。5G應用的頻段數(shù)將達到50個以上，全球移動通訊網(wǎng)絡支持的頻段總數(shù)將超過90個。5G技術的高速率、低延遲特性對射頻通信器件的功率、頻率范圍、傳輸效率及傳輸可靠性等提出了新的要求，這將促進氮化鎵半導體材料市場的快速發(fā)展。

　　2016年我國半導體照明產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值5216億元，較2015年增長了22.8%，我國已經(jīng)成為全球最大的半導體生產(chǎn)地，國內(nèi)半導體照明相關企業(yè)超過3萬家。而氮化鎵襯底的發(fā)展將進一步提升LED性能。很多廠商已經(jīng)開始研究氮化鎵襯底應用于聚光照明和汽車照明，現(xiàn)在發(fā)展的障礙是由于價格原因。

　　2017年，氮化鎵器件市場銷售額達到20.8億元，增速達到32.3%。氮化鎵基LED由于應用市場較為成熟，占比高達70.0%;而在射頻通信和功率器件領域，雖然氮化鎵器件性能優(yōu)勢明顯，但是由于價格始終居高不下，市場滲透率較低，合計占比不到30%，如圖1。

圖1 氮化鎵器件市場應用結構(億元)

(來源：五度易鏈行研中心)

　　國內(nèi)投資熱度高漲，僅一年就超過19億

　　近幾年，國內(nèi)投資熱度高漲。根據(jù)第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的統(tǒng)計，僅僅2017年一年，投產(chǎn)氮化鎵材料相關項目金額已經(jīng)超過19億元。益豐電子6英寸硅基氮化鎵晶圓生產(chǎn)線項目涵蓋硅基氮化鎵后道封裝測試線和晶圓生產(chǎn)工藝線。奧瑞德投資14億元用于氮化鎵工藝技術及后端分裝項目，北大青鳥投資5億建設氮化鎵晶圓片，年產(chǎn)量可達10萬片，年利潤2億元，將填補國內(nèi)自支撐氮化鎵晶圓片的空白。

　　結語

　　在政策和市場的雙重推動下，第三代半導體材料氮化鎵產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。從研發(fā)角度看，中國專利量占全球的23%，排名第二，但美日歐產(chǎn)業(yè)化技術領先，軍民兩用是國內(nèi)氮化鎵材料的產(chǎn)業(yè)化特色，我國發(fā)展氮化鎵半導體照明產(chǎn)業(yè)具有巨大的優(yōu)勢。預計未來，5G通訊和半導體照明將推動市場高速增長。