背景逻辑

当前世界上最先进的半导体材料之一

氮化镓是一种无机物，其化学式为GaN（英文名称：Gallium Nitride），是氮和镓的化合物，通常情况下为白色或微黄色的固体粉末，具有结构稳定、熔点高、耐高压、坚硬等特点，适用于极端环境。氮化镓基材料的禁带宽度可通过固溶体的制备，从氮化铟中的0.6电子伏（eV）到氮化镓中的3.4电子伏（eV）再到氮化铝中的6.2电子伏（eV）之间连续变化，其发光波段覆盖了从近红外到可见光区（红、黄、蓝、绿）再到深紫外区。氮化镓属于第三代半导体材料，是一种重要的直接宽带隙半导体材料，它具有优良的物理化学性质，是当前世界上最为先进的半导体材料之一。氮化镓不仅广泛地应用于蓝绿光发光二极管、激光器、紫外波段的探测器以及高温、大功率集成电路等器件，还可作为环保新材料应用于环境保护。由于氮化镓的种种优异特性，对氮化镓材料和器件的研究越来越成为人们关注的热点。

氮化镓半导体研发突破继续攻克产业化挑战

进入21世纪以来，以氮化镓、碳化硅、氧化镓、金刚石为四大代表的第三代半导体材料开始崭露头角。从技术角度看，氮化镓半导体的主要制备方法是外延生长在蓝宝石、硅等异质衬底材料上，外延材料中高缺陷密度成为其技术发展的关键瓶颈。值得庆幸的是，2023年北京大学沈波团队在氮化物宽禁带半导体大失配异质外延研究上获重要进展，创新发展了一种“可控离散和可控聚合”的外延方法, 相关研究成果发表于《自然-材料》，并荣膺2023年度“中国半导体十大研究进展”。从产业化角度看，主流的氮化镓外延材料所用的衬底包括硅衬底和碳化硅衬底两类，硅衬底价格便宜，但产品性能不足。碳化硅高温高频等各项性能优异，但衬底成长慢、尺寸小、良率低，导致成本过高。未来，以中博芯等为代表的国内企业将进一步克服外延材料批量标准化生长过程中设备、工艺和材料等方面的挑战。

未来产业化应用或加速市场空间广阔

目前国内的氮化镓外延材料发展处于产业化应用的初期，在 5G 基站、新能源充电桩等新基建领域有所涉及。可以说，GaN器件是支撑“新基建”建设的关键核心部件，有助于“双碳”目标实现，推动绿色低碳发展。2017年-2021 年国内 GaN 功率器件与射频器件市场规模从 9.2 亿元/12.1 亿元增长至 17.6 亿元/73.3 亿元，CAGR 分别为 17.6%和56.9%。未来，随着新基建、新能源、新消费等领域的持续推进，GaN 器件在5G基站、毫米波和数据中心等领域有望放量，应用推广或呈现加速态势。根据相关市场调研机构的预测显示，到2026年，全球氮化镓电子和光电子材料和器件市场规模将突破423亿美元，年均复合增长率约为13.5%。