今天聊一聊第三代半导体：氮化镓GaN。两家核心公司的业务在文章底部。
根据材料的不同，现代半导体已经发展到第三代。
第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）元素半导体。它们在国际信息产业技术中的各类分立器件和集成电路、电子信息网络工程等领域得到了极为广泛的应用。
第二代半导体材料是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、磷化铟（InP），以及三元化合物半导体材料，还有一些固溶体半导体材料、玻璃半导体（又称非晶态半导体）材料、有机半导体材料等。主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。
第三代半导体材料主要是以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带（禁带宽度Eg2.3eV）的半导体材料。
与第一代和第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗辐射能力，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。从目前第三代半导体材料及器件的研究来看，较为成熟的第三代半导体材料是SiC和GaN，而ZnO、金刚石、氮化铝等第三代半导体材料的研究尚属起步阶段。
氮化镓（GaN）优势、用途
极其稳定的化合物，坚硬和高熔点材料，熔点为℃。具有高的电离度，出色的击穿能力、更高的电子密度和电子速度以及更高的工作温度，且具有低导通损耗、高电流密度等优势。
通常用于微波射频、电力电子、光电子三大领域。微波射频包含了5G通信、雷达预警、卫星通讯等应用；电力电子方向包括了智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费电子等应用；光电子方向包括了LED、激光器、光电探测器等应用。
1、氮化镓（GaN）在微波射频（5G）领域
随着5G到来，GaN在Sub-6GHz宏基站和毫米波（24GHz以上）小基站中找到一席之地。GaN射频市场将从年的6.45亿美元增长到年的约20亿美元，这主要受电信基础设施和国防两个方向应用推动，卫星通信、有线宽带和射频功率也做出了一定贡献。
随着新的基于GaN的有源电子扫描阵列（AESA）雷达系统的实施，基于GaN的军用雷达预计将主导GaN军事市场，从年的2.7亿美元增长至年的9.77亿美元，CAGR达23.91％。
GaN无线基础设施的市场规模将从年的3.04亿美元增长至年的7.52亿美元，CAGR达16.3%。
GaN有线宽带市场规模从年的1,万美元增长至年的6,万美元，CAGR达26.99%。
GaN射频功率市场规模从年的万美元增长至年的10,万美元，CAGR达93.38%，具有很大成长空间。
氮化镓（GaN）市场格局
Yole统计，全球多项专利一共可分为多个专利家族。这些专利涉及RFGaN外延、RF半导体器件、集成电路和封装等。Cree（Wolfspeed）拥有最强的专利实力，在RF应用的GaNHEMT专利竞争中，尤其在GaN-on-SiC技术方面处于领先地位，远远领先于其主要专利竞争对手住友电工和富士通。英特尔和MACOM是目前最活跃的RFGaN专利申请者，主要聚焦在GaN-on-Si技术领域。GaNRFHEMT相关专利领域的新进入者主要是中国厂商，例如HiWafer（海威华芯），三安集成、华进创威。
2、氮化镓（GaN）在电力电子领域
GaN推动快充、汽车电子进入小体积、高效率时代。
GaN技术有望大幅改进电源管理、发电和功率输出等应用。5年电力电子领域管理了约30％的能源，预计到年，这一数字将达到80%，相当于节约了30亿千瓦时以上的电能，这些电能可支持30多万个家庭使用一年。从智能手机充电器到数据中心，所有直接从电网获得电力的设备均可受益GaN技术，从而提高电源管理系统的效率和规模。
由于材料特性的差异，SiC在高于1V的高电压、大功率应用具有优势，而GaN器件更适合40-1V的高频应用，尤其是在V/3KW以下的应用场合。因此，在微型逆变器、伺服器、马达驱动、UPS等领域，GaN可以挑战传统MOSFET或IGBT器件的地位，让电源产品更为轻薄、高效。
汽车领域，现行汽车的特点和功能是耗电和电子驱动，给传统的12V配电总线带来了额外负担。对于48V总线系统，GaN技术可提高效率、缩小尺寸并降低系统成本。
光线式距离保持和测量功能（激光雷达）使用脉冲激光快速提供车辆周围环境的高分辨率°三维图像，GaN技术可使激光信号发送速度远高于同类硅MOSFET器件。基于GaN的激光雷达使自主驾驶车辆能够看得更远、更快、更好，从而成为车辆眼睛。
此外，GaNFET工作效率高，能以低成本实现最大的无线电源系统效率。用于高强度LED前照灯时，GaN技术可提高效率，改善热管理并降低系统成本。而更高的开关频率允许在AM波段以上工作并降低EMI。GaN在汽车电子方面拥有丰富的应用场景。
下一代充电器领域，GaN在未来几年将在许多应用中取代硅，快充是第一个可以大规模生产的应用。在伏特左右的电压下，GaN在芯片面积、电路效率和开关频率方面的表现明显好于硅，因此在壁式充电器中可以用GaN来替代硅。5G智能手机的屏幕越来越大，与之对应的是手机续航的需求越来越高，这意味着电池容量的增加。GaN快充技术可以很好地解决大电池带来的充电时长问题。
年9月，OPPO宣布在其65W内置快速充电器中采GaNHEMT器件，GaN在年首次进入主流消费应用。年2月，小米公司在小米10发布会上也宣布使用65W的GaN快充。
GaN功率器件在年预计将会加速普及。由于GaN充电器具有体积小、发热低、功率高、支持PD协议的特点，GaN充电器有望在未来统一笔记本电脑和手机的充电器市场。
Yole预测，到年GaN电源市场规模将超过3.5亿美元，CAGR为85％，有极大增长空间。此外，GaN还有望进入汽车及工业和电信电源应用中。
GaN功率器件领域一直由EPC，GaNSystems，Transphorm和Navitas等纯GaN初创公司主导，他们的产品主要是TSMC，Episil或X-FAB代工生产。国内新兴代工厂中，三安集成和海威华芯具有量产GaN功率器件的能力。
3、氮化镓（GaN）在光电子领域
GaN低功耗、高发光效率为LED、紫外激光器助力。
GaN是蓝光LED的基础材料，在MicroLED、紫外激光器中有重要应用。
MicroLED是新一代显示技术，比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好，但功耗更低。年5月，苹果已经开始新一代显示技术的开发。年2月，三星在CES上推出了MicroLED电视。MicroLED更容易准确调校色彩，且有更长发光寿命和更高亮度。MicroLED继OLED之后成为另一项推动显示品质的技术。
氮化镓（GaN）因其材料的高频特性是制备紫外光器件的良好材料，紫外光电芯片具备广泛的军民两用前景。军事领域，典型应用有：灭火抑爆系统（地面坦克装甲车辆、舰船和飞机）、紫外制导、紫外告警、紫外通信、紫外搜救定位、飞机着舰（陆）导引、空间探测、核辐射和生物战剂监测、爆炸物检测等。民用领域，典型应用有：火焰探测、电晕放电检测、医学监测诊断、水质监测、大气监测、刑事生物检测等。
根据美国航空权威媒体《Airport-technology》报道，为遏制新型冠状病毒（-nCov）的传播，美国洛杉矶国际机场（LAX）、旧金山国际机场（SFO）和纽约约翰·肯尼迪国际机场（JFK）已经启用了美国DimerUVCInnovations公司的UVC紫外线杀菌机器人对所有进出港的飞机内舱进行全面杀菌消毒，以有效预防新型冠状病毒（-nCov）传播。
其GermFalcon系统使用UVC紫外线消灭飞机内舱表面上和空气中的病毒、细菌和超级细菌，该系统的整体设计使飞机机舱的所有表面暴露在杀菌的UVC下。其核心光源采用了GaN紫外LED技术，使得机器人具备整体重量轻、功耗低、发光波段可控可调（对人体无害）的优点。
根据LEDinside分析，LED照明市场规模-年的CAGR为6%。在物联网和5G新时代，智慧化产品渗透率更加迅速提升，智能家居照明的商机即将爆发。此外，年MicroLED以及MiniLED的市场产值预计将会达到13.8亿美元。下一代MiniLED背光技术将是各家厂商的开发重点，至年MiniLED市场规模预计会达到10亿美元。其中显示屏应用成长速度最快，年至年CAGR预计超过50%。
根据《深紫外线LED应用市场报告》显示，全球UVLED市场规模达2.99亿美金，预计到年市场规模将达9.91亿美金，-年CAGR达27%。UVLED广阔的发展前景正吸引越来越多的厂商进入。
目前高端的深紫外LED仍以日本、韩国厂商为主，不过越来越多的国内半导体公司开始