GaN产业格局初成,国内厂商加速布局
我国gan产品逐步从小批量研发、向规模化、商业化生产发展。gan单晶衬底实现2-3英寸小批量产业化，4英寸已经实现样品生产。gan异质外延衬底已经实现6英寸产业化，8英寸正在进行产品研发。 gan材料应用范围仍led向射频、功率器件不断扩展。
射频器件方面， gan受到5g推动。gan射频器件衬底主要采用sic衬底。cree拥有最强的实力，在射频应用的gan hemt、尤其是gan-on-sic技术方面，该公司处于领先地位，远远领先日系厂商住友电工和富士通。国内主要的厂商是海威华芯、三安集成和华进创威。
功率器件方面，快充将成为最大推动力。2019年oppo、小米在新机型中采用了gan快充器件，随着 终端客户积极推进，消费级gan手机电源市场起量。除消费电子领域外，欧洲车企积极采纳，车规级gan充电市场迎来需求增长。
一、gan产业格局初成，国内厂商加速布局
1.1 化合物衬底的功率半导体对比
gan具备带隙大（3.4ev）、绝缘破坏电场大（2×106v/cm）及饱和速度大（2.7×107cm/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。
1.2 gan结构特性
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。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，这使其更容易不其他半导体器件集成。
二、器件发展，材料先行
2.1 gan应用发展历程
led：gan不可替代；以蓝宝石为衬底；2000发展至今， 2014年推出蓝光led
射频：gan不硅基材料拉锯；以sic衬底为主；注重性能、稳定性；2018年pa中gan超过硅基使用量；
功率器件：gan参不竞争；以si衬底为主；成本敏感，注重实用、美观；2020年打开快充市场；
2.1 gan衬底与应用相关
衬底的选择根据应用的需求而变化。目前市场上gan晶体管主流的衬底材料为蓝宝石、sic和si，gan衬底由于工艺、成本问题尚未得到大规模商用。蓝宝石衬底一般用于制造蓝光led，通常采用mocvd法外延生长gan。
sic衬底一般用于射频器件，si则用于功率器件居多。除了应用场景外，晶格失配度、热膨胀系数、尺寸和价格都是影响衬底选择的因素之一。
2.2 gan衬底发展历程
sic衬底应用较广。sic衬底在4g时代被逐步推广和应用，由于 5g频率高于4g，我们预计gan-on-sic将在sub-6ghz得到广泛应用。目前sic衬底主要以4寸、6寸为主，随着 8寸sic晶圆生产工艺成熟，未来有望降低 sic衬底的使用成本。gan-on-si主要用于功率器件，2019年q1 gan-on-si仍处于小规模量产，但因为硅片尺寸已经达到 12寸，未来有望依靠成本优势得到大规模推广。
三、5g、快充推动gan放量
3.1 蓝光led原理
led最基本的结构就是p-n结，由p型gan和n型gan组成。目前，商业化的gan基蓝光led多采用ingan/gan多量子阱结构。在蓝宝石衬底上先生长一层无掺杂的gan作为缓冲层，再生长一层si掺杂的gan层作为n型区，紧接着生长多个周期的ingan/gan多量子阱作为复合发光区域，再生长 p型aigan作为ebl，然后再用mg掺杂gan层作为p型区，最后在p型层和n型层两端分别形成两个电极。
3.1 micro led未来可期
micro led市场规模将不断扩大，全球市场收入快速增长 。据statista预测，2026年全球microled出货量将达到0.15亿片，2027年全球microled市场收入将达到718亿美元。mini/micro led将成为led未来的发展方向。 micro led适用于极小间距、高对比度和高刷新率的场景，例如智能手表、ar、vr等智能穿戴领域。
全球抢占micro led布局。晶电与环宇-ky合资设厂，而后与利亚德合资建立mini/microled量产基地，同时京东方与美国 rohinni合资的boe pixey正式成立，将共同生产显示器背光源的micro led。国内三安光电、华灿光电等在mini led芯片外延，国星光电、瑞丰光电等在封装等环节均有布局。上下游技术整合，micro led进展有望实现突破。
3.2 gan工艺改进带来新增长点
5g通信对射频前端有高频、高效率等严格要求，数据流量高速增长使得调制解调难度不断增加，所需的频段越多，对射频前端器件的性能要求也随之加高；载波聚合技术的出现，更是促使移动基站、智能手机对射频前端器件的需求翻倍，给gan发展带来新契机。
目前在射频前端应用电路中，硅基ldmos器件和gaas仍是主流器件，但在工作频率、带宽、功率等关键指标上明显逊于gan。虽然gaas放大器在线性和失真度上有一定优势，但gan器件可通过数字预失真等技术进行优化，且随着 gan技术向更小的工艺尺寸演进，未来gan将挑战gaas器件、硅基ldmos器件主导地位。
3.2 gan通信基站
gan射频器件主要为三种：（1）4g宏基站及catv的大功率功放管；（2）sub-6ghz 5g基站pa模块；（3）5g高频频段的gan mmic。gan的高频、高功率、高效率、宽禁带等特性能很好满足5g基站及通信系统的需求。随着 5g的高速収展，通信频段不断向高频拓展，基站和移动终端的数据传输速率加快，调制技术所需的频谱利用率更高，以及mimo技术广泛应用，对于半导体材料提出了更高的要求。
3.2 gan包络跟踪技术
gan器件具有较低的寄生电容和优良的热性能，适合高频应用，其中应用于5g的包络跟踪技术将加速gan的发展。5g通信对频谱利用率要求高，5g基站部署密度大，因而对射频信号的峰值平均功率比（papr）要求更高。但papr的增大会降低pa的效率，可通过包络跟踪技术改善这一问题——调制线性功放（lpa）的电源电压以跟踪射频信号的包络，仍而提高漏极能效，这对于包络跟踪的电源性能构成相当的挑戓，为了提高能效，使用开关式转换器代替线性转换器，考虑到所跟踪的无失真包络信号的带宽非常宽，因而需要极高开关频率的转换器，传统硅基功率开关损耗高、能效低，很难达到要求。
3.2 gan基站应用市场预期
gan在基站中的应用比例持续扩大，市场增速可观。预计2022年全球4g/5g基站市场规模将达到16亿美元，值得关注的是，用于5g毫米波频段的射频前端模块年复合增长率将达到119%，用于sub-6ghz频段的m-mimopa器件年复合增长率将达到135%，另外用于4g宏的gan pa器件年复合增长率也将达到33%，用于4g/5g的小信号器件达到16% 。
3.2 gan射频应用市场及发展预期
gan射频设备市场规模持续增长，军备国防、无线通信基础设施为主要支柱以及主要增长动力。预计2018-2024年gan射频设备整体年复合增长率达到21%，2019-2025年封装的gan射频设备整体年复合增长率达到12%。gan将取代 gaas在高功率、高频率卫星通信领域的应用，同时在有线电视（catv）和民用雷达市场上提供比ldmos或 gaas更高的附加值。
在 gan 射频元器件市场，第一阵营的厂商是住友电气、cree/wolfspeed和qorvo。gan射频器件衬底主要采用sic衬底。cree拥有最强的实力，在射频应用的 gan hemt、尤其是gan-on-sic技术方面，该公司处于领先地位，远远领先日系厂商住友电工和富士通。国内主要的厂商是海威华芯、三安集成和华进创威。
3.3 gan在功率器件应用
gan功率器件通常采用hemt（高迁移率晶体管）的设计，主要应用于高频场景。相较于si、sic，gan晶体管的源极、栅极、漏极均在同一个平面，因此使用存在与algan和gan层级间的2deg（二维电子气）作为电流路径。异质结导致的二维电子气显著提高迁移率，因此 gan晶体管切换速度很快。在中高频驱动逆变器的快速切换的场景中，如果采用传统的mosfet和igbt会产生不可接受的损耗，而 gan hemt能够克服这样的损耗。但快速切换使得栅极电压为0v时，也依旧会有电流通过，因此gan hemt也被称为常开型元件。
高频环境，gan单位功率上优于si。当功耗和尺寸评判si和gan时，尤其是功率器件处在高频环境下，gan器件拥有更小的体积和更低的功耗。根据英飞凌的数据，目前gan器件在单位功率上已经能够达到si器件的200%。更大的单位功率能够节省出更多的空间给电池以及其他电子元器件。这项特性能够给电动汽车提供更长的续航时间，为服务器、基站提供更高的性能空间。
gan主要适用于低压、高频领域，目前大部分产能都集中于0-250v和650v，商业化的si基gan功率器件最高电压仍然是在 650v，900v gan fet提供试样，未来有望将电压提升至1200v。
3.3 快充推动gan 功率器件在消费电子领域应用
根据 global market insights的数据，gan与sic功率器件市场在2025年将达到30亿美元，年复合增速达到30%。半导体区别于其它材料的主要特性是带隙能—将材料仍绝缘体变为导体所需的电压跳变。gan提供的带隙能是si的3倍，而更高的带隙意味着较高温度下的更佳性能电压，因此gan将会成为si的理想替代品。随着这些设备在光伏逆变器、混合动力和电动汽车、 ups和其他电力应用领域的应用，该市场已经初步显现 。
详解Java DEBUG的基本原理
区块链迎来寒冬，如何在熊市中存活？剩者才是王者
5G时代的技术开发和投资能否扩大企业销售额?
为什么会有多种不同的无线通信技术，它们的区别是什么
普源精电（RIGOL）高新技术荣获2022年中国仪器仪表学会科学技术奖！
GaN产业格局初成,国内厂商加速布局
浙江500千伏超高压变电站正式投入运营
MIT团队研发算法 自动驾驶汽车变道自如
ASIC、FPGA和CPU三者的特点比较
Aroma Bit新公司开发出了一种基于CMOS型的下一代气味传感器
边缘会不会最后吃掉云呢
eNSP—BGP综合实验
颜值大帝华为荣耀8和锋芒毕露华为麦芒5，谁才是华为真旗舰
华为余承东表示没有贸易战就会是全球排名第一的手机厂家
高通发布业界首款集成式2x2 802.11ax解决方案
高温电磁阀结构特点_高温电磁阀的工作原理
DisplayPort接口没能取代HDMI的原因
我国5G技术研发试验第二阶段技术规范发布
红米K20 Pro曝光搭载4000mAh电池最高支持27W快充
低功耗Wi-Fi：环境属性如何影响一个应用能耗
射频器件方面， gan受到5g推动。gan射频器件衬底主要采用sic衬底。cree拥有最强的实力，在射频应用的gan hemt、尤其是gan-on-sic技术方面，该公司处于领先地位，远远领先日系厂商住友电工和富士通。国内主要的厂商是海威华芯、三安集成和华进创威。
功率器件方面，快充将成为最大推动力。2019年oppo、小米在新机型中采用了gan快充器件，随着 终端客户积极推进，消费级gan手机电源市场起量。除消费电子领域外，欧洲车企积极采纳，车规级gan充电市场迎来需求增长。
一、gan产业格局初成，国内厂商加速布局
1.1 化合物衬底的功率半导体对比
gan具备带隙大（3.4ev）、绝缘破坏电场大（2×106v/cm）及饱和速度大（2.7×107cm/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。
1.2 gan结构特性
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。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，这使其更容易不其他半导体器件集成。
二、器件发展，材料先行
2.1 gan应用发展历程
led：gan不可替代；以蓝宝石为衬底；2000发展至今， 2014年推出蓝光led
射频：gan不硅基材料拉锯；以sic衬底为主；注重性能、稳定性；2018年pa中gan超过硅基使用量；
功率器件：gan参不竞争；以si衬底为主；成本敏感，注重实用、美观；2020年打开快充市场；
2.1 gan衬底与应用相关
衬底的选择根据应用的需求而变化。目前市场上gan晶体管主流的衬底材料为蓝宝石、sic和si，gan衬底由于工艺、成本问题尚未得到大规模商用。蓝宝石衬底一般用于制造蓝光led，通常采用mocvd法外延生长gan。
sic衬底一般用于射频器件，si则用于功率器件居多。除了应用场景外，晶格失配度、热膨胀系数、尺寸和价格都是影响衬底选择的因素之一。
2.2 gan衬底发展历程
sic衬底应用较广。sic衬底在4g时代被逐步推广和应用，由于 5g频率高于4g，我们预计gan-on-sic将在sub-6ghz得到广泛应用。目前sic衬底主要以4寸、6寸为主，随着 8寸sic晶圆生产工艺成熟，未来有望降低 sic衬底的使用成本。gan-on-si主要用于功率器件，2019年q1 gan-on-si仍处于小规模量产，但因为硅片尺寸已经达到 12寸，未来有望依靠成本优势得到大规模推广。
三、5g、快充推动gan放量
3.1 蓝光led原理
led最基本的结构就是p-n结，由p型gan和n型gan组成。目前，商业化的gan基蓝光led多采用ingan/gan多量子阱结构。在蓝宝石衬底上先生长一层无掺杂的gan作为缓冲层，再生长一层si掺杂的gan层作为n型区，紧接着生长多个周期的ingan/gan多量子阱作为复合发光区域，再生长 p型aigan作为ebl，然后再用mg掺杂gan层作为p型区，最后在p型层和n型层两端分别形成两个电极。
3.1 micro led未来可期
micro led市场规模将不断扩大，全球市场收入快速增长 。据statista预测，2026年全球microled出货量将达到0.15亿片，2027年全球microled市场收入将达到718亿美元。mini/micro led将成为led未来的发展方向。 micro led适用于极小间距、高对比度和高刷新率的场景，例如智能手表、ar、vr等智能穿戴领域。
全球抢占micro led布局。晶电与环宇-ky合资设厂，而后与利亚德合资建立mini/microled量产基地，同时京东方与美国 rohinni合资的boe pixey正式成立，将共同生产显示器背光源的micro led。国内三安光电、华灿光电等在mini led芯片外延，国星光电、瑞丰光电等在封装等环节均有布局。上下游技术整合，micro led进展有望实现突破。
3.2 gan工艺改进带来新增长点
5g通信对射频前端有高频、高效率等严格要求，数据流量高速增长使得调制解调难度不断增加，所需的频段越多，对射频前端器件的性能要求也随之加高；载波聚合技术的出现，更是促使移动基站、智能手机对射频前端器件的需求翻倍，给gan发展带来新契机。
目前在射频前端应用电路中，硅基ldmos器件和gaas仍是主流器件，但在工作频率、带宽、功率等关键指标上明显逊于gan。虽然gaas放大器在线性和失真度上有一定优势，但gan器件可通过数字预失真等技术进行优化，且随着 gan技术向更小的工艺尺寸演进，未来gan将挑战gaas器件、硅基ldmos器件主导地位。
3.2 gan通信基站
gan射频器件主要为三种：（1）4g宏基站及catv的大功率功放管；（2）sub-6ghz 5g基站pa模块；（3）5g高频频段的gan mmic。gan的高频、高功率、高效率、宽禁带等特性能很好满足5g基站及通信系统的需求。随着 5g的高速収展，通信频段不断向高频拓展，基站和移动终端的数据传输速率加快，调制技术所需的频谱利用率更高，以及mimo技术广泛应用，对于半导体材料提出了更高的要求。
3.2 gan包络跟踪技术
gan器件具有较低的寄生电容和优良的热性能，适合高频应用，其中应用于5g的包络跟踪技术将加速gan的发展。5g通信对频谱利用率要求高，5g基站部署密度大，因而对射频信号的峰值平均功率比（papr）要求更高。但papr的增大会降低pa的效率，可通过包络跟踪技术改善这一问题——调制线性功放（lpa）的电源电压以跟踪射频信号的包络，仍而提高漏极能效，这对于包络跟踪的电源性能构成相当的挑戓，为了提高能效，使用开关式转换器代替线性转换器，考虑到所跟踪的无失真包络信号的带宽非常宽，因而需要极高开关频率的转换器，传统硅基功率开关损耗高、能效低，很难达到要求。
3.2 gan基站应用市场预期
gan在基站中的应用比例持续扩大，市场增速可观。预计2022年全球4g/5g基站市场规模将达到16亿美元，值得关注的是，用于5g毫米波频段的射频前端模块年复合增长率将达到119%，用于sub-6ghz频段的m-mimopa器件年复合增长率将达到135%，另外用于4g宏的gan pa器件年复合增长率也将达到33%，用于4g/5g的小信号器件达到16% 。
3.2 gan射频应用市场及发展预期
gan射频设备市场规模持续增长，军备国防、无线通信基础设施为主要支柱以及主要增长动力。预计2018-2024年gan射频设备整体年复合增长率达到21%，2019-2025年封装的gan射频设备整体年复合增长率达到12%。gan将取代 gaas在高功率、高频率卫星通信领域的应用，同时在有线电视（catv）和民用雷达市场上提供比ldmos或 gaas更高的附加值。
在 gan 射频元器件市场，第一阵营的厂商是住友电气、cree/wolfspeed和qorvo。gan射频器件衬底主要采用sic衬底。cree拥有最强的实力，在射频应用的 gan hemt、尤其是gan-on-sic技术方面，该公司处于领先地位，远远领先日系厂商住友电工和富士通。国内主要的厂商是海威华芯、三安集成和华进创威。
3.3 gan在功率器件应用
gan功率器件通常采用hemt（高迁移率晶体管）的设计，主要应用于高频场景。相较于si、sic，gan晶体管的源极、栅极、漏极均在同一个平面，因此使用存在与algan和gan层级间的2deg（二维电子气）作为电流路径。异质结导致的二维电子气显著提高迁移率，因此 gan晶体管切换速度很快。在中高频驱动逆变器的快速切换的场景中，如果采用传统的mosfet和igbt会产生不可接受的损耗，而 gan hemt能够克服这样的损耗。但快速切换使得栅极电压为0v时，也依旧会有电流通过，因此gan hemt也被称为常开型元件。
高频环境，gan单位功率上优于si。当功耗和尺寸评判si和gan时，尤其是功率器件处在高频环境下，gan器件拥有更小的体积和更低的功耗。根据英飞凌的数据，目前gan器件在单位功率上已经能够达到si器件的200%。更大的单位功率能够节省出更多的空间给电池以及其他电子元器件。这项特性能够给电动汽车提供更长的续航时间，为服务器、基站提供更高的性能空间。
gan主要适用于低压、高频领域，目前大部分产能都集中于0-250v和650v，商业化的si基gan功率器件最高电压仍然是在 650v，900v gan fet提供试样，未来有望将电压提升至1200v。
3.3 快充推动gan 功率器件在消费电子领域应用
根据 global market insights的数据，gan与sic功率器件市场在2025年将达到30亿美元，年复合增速达到30%。半导体区别于其它材料的主要特性是带隙能—将材料仍绝缘体变为导体所需的电压跳变。gan提供的带隙能是si的3倍，而更高的带隙意味着较高温度下的更佳性能电压，因此gan将会成为si的理想替代品。随着这些设备在光伏逆变器、混合动力和电动汽车、 ups和其他电力应用领域的应用，该市场已经初步显现 。
详解Java DEBUG的基本原理
区块链迎来寒冬，如何在熊市中存活？剩者才是王者
5G时代的技术开发和投资能否扩大企业销售额?
为什么会有多种不同的无线通信技术，它们的区别是什么
普源精电（RIGOL）高新技术荣获2022年中国仪器仪表学会科学技术奖！
GaN产业格局初成,国内厂商加速布局
浙江500千伏超高压变电站正式投入运营
MIT团队研发算法 自动驾驶汽车变道自如
ASIC、FPGA和CPU三者的特点比较
Aroma Bit新公司开发出了一种基于CMOS型的下一代气味传感器
边缘会不会最后吃掉云呢
eNSP—BGP综合实验
颜值大帝华为荣耀8和锋芒毕露华为麦芒5，谁才是华为真旗舰
华为余承东表示没有贸易战就会是全球排名第一的手机厂家
高通发布业界首款集成式2x2 802.11ax解决方案
高温电磁阀结构特点_高温电磁阀的工作原理
DisplayPort接口没能取代HDMI的原因
我国5G技术研发试验第二阶段技术规范发布
红米K20 Pro曝光搭载4000mAh电池最高支持27W快充
低功耗Wi-Fi：环境属性如何影响一个应用能耗