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

　　政策支持力度大，期待從追趕到超越

　　最早，《中國(guó)制造2025》計(jì)劃中明確提出要大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。2016年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，第三代半導(dǎo)體被列為國(guó)家科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目“重點(diǎn)材料研發(fā)及應(yīng)用”方向之一。

　　2017年，北京、江蘇、山東和廣東等地陸續(xù)出臺(tái)促進(jìn)化合物半導(dǎo)體發(fā)展的62項(xiàng)相關(guān)政策。地方政府出臺(tái)“十三五規(guī)劃”、“重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”、“科技創(chuàng)新規(guī)劃”中涉及第三代半導(dǎo)體條款的政策有30條。

　　國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成了第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集區(qū)：京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、和閩三角。政策支持新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)起到積極的促進(jìn)作用。我國(guó)在該領(lǐng)域已經(jīng)迎來(lái)了從追趕到超越的歷史機(jī)遇。

　　中國(guó)專利量占全球的23%，但美日歐技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯

　　全球范圍內(nèi)，氮化鎵專利申請(qǐng)量排名前四的國(guó)家及地區(qū)是日本、中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣，其中中國(guó)專利量占全球的23%。主要機(jī)構(gòu)包括：中科院、西安電子科技大學(xué)、中國(guó)電子科技集團(tuán)等。這些專利布局主要集中在發(fā)光二極管、激光二極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、電極等電子器件領(lǐng)域以及沉積方法、外延生長(zhǎng)等加工工藝上。如表1所示。

表1 氮化鎵領(lǐng)域重點(diǎn)機(jī)構(gòu)技術(shù)布局

(來(lái)源：中科院文獻(xiàn)情報(bào)中心)

　　在電力電子領(lǐng)域，美國(guó)的產(chǎn)業(yè)鏈整體技術(shù)實(shí)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(shì)，日本信越、富士電機(jī)和臺(tái)灣漢磊等在襯底和外延方面表現(xiàn)優(yōu)異。

　　射頻微波領(lǐng)域，全球有超過(guò)30家企業(yè)從事氮化鎵半導(dǎo)體的研發(fā)，其中，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的企業(yè)僅有10家左右。美國(guó)、歐洲和日本在軍事雷達(dá)和無(wú)線基站通信領(lǐng)域的技術(shù)世界領(lǐng)先。歐洲聚焦于5G通信，技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)。日本在氮化鎵射頻領(lǐng)域的研發(fā)應(yīng)用多以民用為主，軍用為輔。

　　半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，日亞化學(xué)的LED芯片技術(shù)領(lǐng)先，德國(guó)歐司朗、荷蘭飛利浦、韓國(guó)三星等在封裝方面技術(shù)實(shí)力雄厚，中國(guó)木林森在全球LED分裝方面營(yíng)收排入前十。

　　在激光器方面，位于國(guó)際前列的企業(yè)為日本日亞、德國(guó)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(shù)儲(chǔ)備深厚，而美國(guó)kyma公司、法國(guó)lumilog公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了2英寸氮化鎵襯底的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。

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

表2 第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵生產(chǎn)企業(yè)格局

(來(lái)源：公開(kāi)資料整理)

　　軍民兩用是國(guó)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(jìn)入布局。氮化鎵射頻器件以高頻、高效、大功率的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、電子戰(zhàn)等軍工領(lǐng)域，在解決國(guó)家重大安全需求上發(fā)揮了關(guān)鍵作用。臺(tái)積電和穩(wěn)懋是目前國(guó)內(nèi)企業(yè)代工的主要平臺(tái)，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(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)。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(jìn)行基站的研發(fā)。

　　5G通訊和半導(dǎo)體照明推動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)

　　5G通訊的革命性轉(zhuǎn)變重塑了射頻技術(shù)產(chǎn)業(yè)，也為氮化鎵射頻器帶來(lái)重大的市場(chǎng)機(jī)遇。5G應(yīng)用的頻段數(shù)將達(dá)到50個(gè)以上，全球移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)支持的頻段總數(shù)將超過(guò)90個(gè)。5G技術(shù)的高速率、低延遲特性對(duì)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(jìn)氮化鎵半導(dǎo)體材料市場(chǎng)的快速發(fā)展。

　　2016年我國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值5216億元，較2015年增長(zhǎng)了22.8%，我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的半導(dǎo)體生產(chǎn)地，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體照明相關(guān)企業(yè)超過(guò)3萬(wàn)家。而氮化鎵襯底的發(fā)展將進(jìn)一步提升LED性能。很多廠商已經(jīng)開(kāi)始研究氮化鎵襯底應(yīng)用于聚光照明和汽車(chē)照明，現(xiàn)在發(fā)展的障礙是由于價(jià)格原因。

　　2017年，氮化鎵器件市場(chǎng)銷售額達(dá)到20.8億元，增速達(dá)到32.3%。氮化鎵基LED由于應(yīng)用市場(chǎng)較為成熟，占比高達(dá)70.0%;而在射頻通信和功率器件領(lǐng)域，雖然氮化鎵器件性能優(yōu)勢(shì)明顯，但是由于價(jià)格始終居高不下，市場(chǎng)滲透率較低，合計(jì)占比不到30%，如圖1。

圖1 氮化鎵器件市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)(億元)

(來(lái)源：五度易鏈行研中心)

　　國(guó)內(nèi)投資熱度高漲，僅一年就超過(guò)19億

　　近幾年，國(guó)內(nèi)投資熱度高漲。根據(jù)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)，僅僅2017年一年，投產(chǎn)氮化鎵材料相關(guān)項(xiàng)目金額已經(jīng)超過(guò)19億元。益豐電子6英寸硅基氮化鎵晶圓生產(chǎn)線項(xiàng)目涵蓋硅基氮化鎵后道封裝測(cè)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(shù)及后端分裝項(xiàng)目，北大青鳥(niǎo)投資5億建設(shè)氮化鎵晶圓片，年產(chǎn)量可達(dá)10萬(wàn)片，年利潤(rùn)2億元，將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)自支撐氮化鎵晶圓片的空白。

　　結(jié)語(yǔ)

　　在政策和市場(chǎng)的雙重推動(dòng)下，第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。從研發(fā)角度看，中國(guó)專利量占全球的23%，排名第二，但美日歐產(chǎn)業(yè)化技術(shù)領(lǐng)先，軍民兩用是國(guó)內(nèi)氮化鎵材料的產(chǎn)業(yè)化特色，我國(guó)發(fā)展氮化鎵半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)具有巨大的優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)未來(lái)，5G通訊和半導(dǎo)體照明將推動(dòng)市場(chǎng)高速增長(zhǎng)。