01

國內(nèi)氮化鎵賽道的投資價值
          一、氮化鎵賽道的投資價值    第三代半導體的材料特性帶來其對硅基功率器件部分市場的逐步替代，這一點不斷通過市場應用的驗證，已基本成為共識。   相比碳化硅，目前硅基氮化鎵的主要劣勢包括耐壓等級低和缺乏可靠性的驗證數(shù)據(jù)。另外，由于硅基氮化鎵整體產(chǎn)值低，尚未形成規(guī)模效應，導致成本相比碳化硅并沒有形成優(yōu)勢。   但目前硅基氮化鎵廠商正在通過外延、器件結(jié)構(gòu)、驅(qū)動控制電路推動產(chǎn)品向高耐壓（目前已有1200v的產(chǎn)品）和高可靠性（目前已有高壓器件的理想可靠性數(shù)據(jù)）不斷演進，且氮化鎵器件的售價已經(jīng)逼近硅MOS，產(chǎn)品性能、品質(zhì)、成本不斷逼近甜蜜點。   另外，相比碳化硅， 硅基氮化鎵材料本身可以提供更高的電源效率和更低的成本，在600V至1200V區(qū)間，硅基氮化鎵會成為非常具備競爭優(yōu)勢的技術(shù)方向。   另外， 隨著碳化硅在汽車、光伏市場的不斷應用，國內(nèi)外動不動幾十億甚至上百億產(chǎn)值的投資，直觀感受感覺碳化硅的市場規(guī)模很大，而用于小小充電頭的氮化鎵感覺市場規(guī)模要小很多。 根據(jù)Yole發(fā)布的數(shù)據(jù)，2025年碳化硅的市場規(guī)模為25億美金，2026年氮化鎵市場規(guī)模預測數(shù)據(jù)為10億美金，乍一看確實碳化硅的整體產(chǎn)值確實是氮化鎵的好幾倍。    但碳化硅和硅基氮化鎵對于國內(nèi)大部分企業(yè)的機會產(chǎn)值實際相當：   一是考慮襯底的產(chǎn)值。成本結(jié)構(gòu)不同，沒有襯底環(huán)節(jié)的碳化硅企業(yè)機會產(chǎn)值大打折扣。 碳化硅襯底的成本約50%，外延片的成本約20%，器件制造封測的成本是30%。而氮化鎵的襯底成本基本忽略不計，外延50%，剩余的器件產(chǎn)值比例更高。    二是考慮車規(guī)的產(chǎn)值。市場需求不同，碳化硅重在車規(guī)，氮化鎵重在消費。根據(jù)Yole發(fā)布的數(shù)據(jù)，預計2025年電動汽車市場需求占比約為61%。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，氮化鎵的市場需求中消費級占比約為70%。目前看，國內(nèi)碳化硅廠商在車規(guī)市場實現(xiàn)大規(guī)模的應用還有較長的路需要走。   三是考慮MOS的產(chǎn)值。 國內(nèi)碳化硅企業(yè)，目前還主要集中在SBD的市場，MOS尚鮮有出貨。 根據(jù)Yole發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年后MOS的產(chǎn)值將占到一半以上，隨著后期市場主要由電動車推動，MOS的比例還將繼續(xù)提高。 但 由于碳化硅MOS本身可靠性和工藝來源的問題，國內(nèi)廠商距離放心大膽開展大規(guī)模推廣應用，還有較大的難度。   綜上所述，國內(nèi)碳化硅企業(yè)若刨除襯底材料、車規(guī)市場、非車規(guī)MOS所對應的產(chǎn)值，其機會產(chǎn)值和硅基氮化鎵相比，實際并沒有太大區(qū)別。疊加氮化鎵和碳化硅30%和70%的市場增速，硅基氮化鎵從行業(yè)規(guī)模的角度是一個很好的賽道。   肌肉男碳化硅和閃電俠氮化鎵的重點分別在工業(yè)和消費級市場（總體來看），品質(zhì)要求、市場定價、市場導入周期的不同這里不詳細展開， 但整體來看，主攻消費級的應用的氮化鎵，市場彈性會更高一些。   另外，由于碳化硅功率的發(fā)展階段相對成熟，國內(nèi)從襯底、外延、器件制造、或者是IDM，基本都有了相對公認的那么幾家優(yōu)質(zhì)企業(yè)，留給創(chuàng)業(yè)者的機會窗口要小了一些。  
  二、國內(nèi)氮化鎵企業(yè)的機會和優(yōu)勢
  （一）“高增速+高集中度”，給新參與者帶來機會   根據(jù)Yole發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2020整體市場規(guī)模僅有4600萬美金，2026年預計增長到11億美金，2020年至2026年GaN功率器件市場將保持70%的增速，6年23倍。如此高的行業(yè)增速，直接帶來的問題氮化鎵器件的供應鏈穩(wěn)定性如何保障。目前全球主要出貨廠商Navitas和Pi兩家占到了全球70%以上的市場份額，國內(nèi)品牌廠商主要采用其中一家的氮化鎵充電方案。   短期看， 上游的供應鏈高度集中，對于大型的品牌電源客戶分散供應鏈風險是剛性需求；長期看，對比目前硅基MOS CR5 65%的市場份額，目前氮化鎵的市場集中度過高，向硅基市場的格局逐步靠近，大概率是時間問題。    （二）目前國內(nèi)硅基氮化鎵的國內(nèi)整體水準，相比硅基更有優(yōu)勢   2019年，國內(nèi)[敏感詞]的MOS和IGBT企業(yè)華潤微和士蘭微在全球的市占比為3%和2%，而目前氮化鎵賽道英諾賽科出貨量應該已經(jīng)能排到第三的位置， 國內(nèi)有幾家氮化鎵初創(chuàng)企業(yè)雖然出貨較少，但目前整體的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)資源儲備在全球也占據(jù)不錯的位置。   傳統(tǒng)的功率龍頭，如英飛凌和Ti的硅基氮化鎵產(chǎn)品尚難打開局面，國內(nèi)硅基氮化鎵行業(yè)， 雖不說彎道超車，但我們看目前國內(nèi)企業(yè)的全球地位、華人在氮化鎵領(lǐng)域的核心人 才儲備， 目前整體的進展身位 相比硅基確實好很多。   綜上所述，在一個快速做大的蛋糕面前，國內(nèi)企業(yè)有實力、有稟賦分走一塊不小的蛋糕。       02       “集中+封閉”供應鏈，價值和風險
          現(xiàn)有供應鏈“集中+封閉”，造成市場由少數(shù)供給驅(qū)動
  現(xiàn)有供應鏈集中。不同于硅基產(chǎn)品，材料和制造環(huán)節(jié)均已非常成熟，氮化鎵供應鏈目前通過批量驗證的產(chǎn)能很少。國外Foundry主要包括臺積電、富士通、X-Feb，國內(nèi)主要有三安集成，另外有一些其他的Foundry也在布局。整體來看，國內(nèi) 供應鏈資源非常稀缺。   現(xiàn)有供應鏈封閉。目前全球氮化鎵Foundry主要產(chǎn)能僅服務于一家企業(yè)，設計公司和產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)強綁定的關(guān)系。Navitas作為全球出貨量[敏感詞]的硅基氮化鎵器件公司，目前基本占用了臺積電全部的氮化鎵產(chǎn)能，其他客戶很難再拿到產(chǎn)能。   現(xiàn)有供應鏈的“集中+封閉”導致該市場的集中度非常高，Navitas、Pi、英諾賽科三家掌握核心產(chǎn)能供給的企業(yè)驅(qū)動著市場，品牌的電源客戶也難有其他的選擇。  
  供應鏈預計會繼續(xù)集中，持續(xù)封閉   持續(xù)集中   氮化鎵作為是新生技術(shù)產(chǎn)品，各個環(huán)節(jié)的技術(shù)發(fā)展都還處于較初級的階段，不管是終端客戶還是設計公司，對于上游的供應鏈都持相對謹慎的態(tài)度。由于驗證過的技術(shù)才是靠譜的，因此一旦有一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈驗證成熟，設計公司和電源客戶都會向該供應鏈條加速聚集。   作為新興技術(shù)，整個生態(tài)相對還比較初級， 缺乏成熟的第三方外延片提供商，氮化鎵外延和工藝的人才非常稀有，導致企業(yè)打通“外延+制造”的產(chǎn)能難度很大。 另外，一個新的供應鏈條的成熟需要通過出貨實現(xiàn)穩(wěn)定，還有良率的爬坡，這些都需要時間。   外延片從哪里來，目前“外延+制造”深度綁定，幾家批量出貨的Foundry都是自主的外延產(chǎn)能， 因此目前市場上并沒有一家獨立第三方的外延片實現(xiàn)過大批量的出貨。 因此當看待不管是目前正在成熟的氮化鎵Foundry，還是擬籌建的IDM，需要回答的[敏感詞]個問題是外延的解決路徑和驗證時間。   工藝的人才在哪里，硅基氮化鎵的工藝，需要對氮化鎵材料本身的缺點具有充分的理解，這種理解建立在長時間的試錯基礎上，導致目前全球具備該能力的核心人員非常稀缺。目前有一些硅基背景的功率廠商開拓氮化鎵的業(yè)務線，氮化鎵背景的工藝人才在哪里是核心關(guān)鍵。   現(xiàn)場驗證后迭代，以臺積電的研發(fā)經(jīng)歷來看，其外延、工藝的整體研發(fā)過程都是伴隨著產(chǎn)品應用所發(fā)現(xiàn)的問題，來反復推動研發(fā)的迭代，帶來整個供應鏈的穩(wěn)定。因此， 若沒有充足的現(xiàn)場驗證數(shù)據(jù)，不管是外延還是工藝，距離成熟還很遠，另外還需要解決批量生產(chǎn)帶來的良率問題。臺積電作為工藝工程能力最強的企業(yè)，從開展氮化鎵的研究到穩(wěn)定量產(chǎn)花了五六年的時間，即便目前整體行業(yè)的研發(fā)基礎相比前期已有了更好的進展，但是跑通上游的材料和制造環(huán)節(jié)依舊是一件難度很大的事情， 當我們看待“成熟”的外延和工藝時，一是需要有敬畏之心，二是需要有驗證周期。   持續(xù)封閉   由于硅基氮化鎵作為半導體代工的新興領(lǐng)域，從臺積電到國內(nèi)的三安集成，剛啟動，其氮化鎵的產(chǎn)能規(guī)模都不大，因此一旦有一家設計公司跑出來，會占據(jù)該企業(yè)的大部分產(chǎn)能，且產(chǎn)能對訂單的影響會有很強的共振效應：   設計公司出貨量大→產(chǎn)能需求大→Foundry支持大→供應鏈有保障→供應鏈穩(wěn)定性更高→客戶訂單需求量更大→設計公司出貨量大→產(chǎn)能需求大······  
  投資思考， 看待一家硅基氮化鎵的公司，長期穩(wěn)定的上游供應鏈是關(guān)鍵。   投出貨最快的Fabless，資源會加速集中，速度慢的風險很大。由于各方面的原因，目前國內(nèi)Fabless主要依托于國內(nèi)Foundry，而國內(nèi)Foundry的外延和工藝都還在逐步成熟的階段，整體產(chǎn)能較小。當前，國內(nèi)Fabless硅基氮化鎵公司的出貨量還較少，還沒有哪一家對Foundry的產(chǎn)能具備強影響力，因此，一旦有哪家Fabless能夠跑出來拿到規(guī)模訂單，鎖定住產(chǎn)能就能占據(jù)非常具備優(yōu)勢的競爭位置，速度慢的Fabless由于拿不到產(chǎn)能風險會很大。    投“外延+制造”技術(shù)經(jīng)驗深厚的IDM，關(guān)鍵是能不能做出來，做出來就是全球的稀缺資源。對于IDM來說，能跑通氮化鎵的外延和制造，并滿足良率、可靠性的相關(guān)要求，目前來看是很難的一件事情，這一點需要有敬畏之心。但是一旦跑通，能帶來的先發(fā)優(yōu)勢也是非常顯著的。         03       技術(shù)路線，看技術(shù)，更要看生態(tài)
          氮化鎵晶體管通過兩種不同禁帶寬度（通常是AlGaN和GaN）材料在交界面的壓電效應形成的二維電子氣來導電，由于二維電子氣只有高濃度電子導電，因此不存在硅MOSFET體二極管反向恢復的問題。這意味著在門極和源極之間不加任何電壓情況下氮化鎵晶體管的漏極和元件之間是導通的，即是常開器件。為了應對這一問題，業(yè)界通常有兩種解決方案：   一是采用級聯(lián)(Cascode)結(jié)構(gòu)，通過串聯(lián)一顆MOS來實現(xiàn)關(guān)斷控制；二是采用單管增強型（P-GaN）結(jié)構(gòu)，即在門極增加P型氮化鎵外延層來實現(xiàn)關(guān)斷控制。   兩個技術(shù)路線，從技術(shù)出發(fā)評價，均存在各自的優(yōu)缺點，難以一分高下。單管增強型結(jié)構(gòu)的主要缺點在于柵極可靠性相對要低、耐壓低，級聯(lián)結(jié)構(gòu)的主要缺點在寄生電感帶來的Emi問題。   可靠性。不同的技術(shù)路線的柵極的耐沖擊余量不同，P-GaN和Cascode的柵驅(qū)動的耐壓等級大概一般約為7v和18V，柵極的開通電壓一般為6v和8v，帶來的直接的問題是P-GaN結(jié)構(gòu)的柵極耐沖擊余量僅約1-2V，對可靠性帶來較大的挑戰(zhàn)，從結(jié)構(gòu)的角度來看，Cascode的可靠性相比P-Gan要高不少，也更加適用于工業(yè)級的應用。   耐壓。器件耐壓，Cascode由于有硅管的分壓等原因，器件的耐壓等級相對更高一些，目前P-GaN的器件耐壓還都在650V以下，Cascode能夠達到1200v，可以滿足大量的工業(yè)級的電壓需求。   電磁干擾。Cascode需要將硅管和氮化鎵器件合封在一起，帶來了較大的寄生電感，如果開啟較高的頻率，會導致Emi較大。   另外，工藝角度來看，Cascode和P-GaN分別需要生長一次和兩次外延，Cascode的整體工藝難度相比P-GaN更低一些。從驅(qū)動的角度，Cascode驅(qū)動與傳統(tǒng)硅MOSFET的驅(qū)動完全相同，且不用過多考慮柵極保護，相對要求更低一些。 成本的角度看，晶圓方面，Cascode由于只用一次外延，晶圓成本更低，但 整 體封裝成本更 高 一些。 綜合來看，由于P-GaN目前整體出貨量較大 ，整體成本水平更優(yōu) 。   表1  GaN器件結(jié)構(gòu)優(yōu)劣勢對比  

類型	級聯(lián)	增強
可靠性	優(yōu)	劣
寄生電感	敏感	不敏感
耐壓	優(yōu)	劣
功率	優(yōu)	劣
工藝難度	較難	難
驅(qū)動難度	易	難

        從技術(shù)角度看，兩者[敏感詞]的區(qū)別在于級聯(lián)結(jié)構(gòu)暫時解決了工業(yè)級的應用問題。 由于級聯(lián)結(jié)構(gòu)的可靠性、耐壓特性更有優(yōu)勢，Transphorm作為級聯(lián)架構(gòu)的代表去年底也發(fā)布了比較理想的高壓器件失效率數(shù)據(jù)，目前看級聯(lián)結(jié)構(gòu)在工業(yè)級市場更有優(yōu)勢。單 管增強型結(jié)構(gòu)，目前也在通過更精準的驅(qū)動和電源方案來提高P-GaN結(jié)構(gòu)器件的可靠性，通過QST等襯底技術(shù)提高耐壓等級，但技術(shù)逐步成熟還需要時間。             但是產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線的發(fā)展，除了技術(shù)本身，產(chǎn)業(yè)的生態(tài)往往起到非常重要的作用。 整體來看，由于級聯(lián)型結(jié)構(gòu)Pi和Transphorm的產(chǎn)業(yè)鏈比較封閉，而更加開放的單管增強型結(jié)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)相 對更加百花齊放，目前國內(nèi)外主要幾家提供代工服務的Foundry走的都是單管增強型的工藝路線，下游的電源管理IC廠商絕大部分也專注于單管增強型的方案，整個生態(tài)對該技術(shù)路線相對抱團，目前看單管增強型的產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)迭代、成本優(yōu)化會持續(xù)加強，中短期內(nèi)有望成為主流技術(shù)路線。       04       應用方案，研發(fā)資源和機會窗口
         
  氮化鎵作為一個新興技術(shù)，目前整體方案的設計和應用還是以氮化鎵器件廠商來推動，也逐步出現(xiàn)一批電源管理IC的廠商形成以驅(qū)動和控制芯片為核心的方案。   表2  GaN主要參與者類型  

類別		代表企業(yè)	結(jié)構(gòu)
GaN   主導	GaN	英諾賽科	GaN
		Gan Systems	GaN
	GaN   +驅(qū)動控制	Pi	控制驅(qū)動GaN合封
		Navitas	驅(qū)動GaN單die
電源管理主導	驅(qū)動+控制	恩智浦	LLC控制
		安森美	直驅(qū)和LLC控制
	GaN   +驅(qū)動 控 制	東科	驅(qū)動GaN控制合封
		必易微	驅(qū)動+GaN

      氮化 鎵主導和電源管 理主導公司各自的優(yōu)勢不同。 氮化鎵器件企業(yè)主要優(yōu)勢： 掌握氮化鎵器件的稀缺供應鏈資源； 氮化鎵器件理解更加充分； 推出相關(guān)方案的時間更有先發(fā)優(yōu)勢。 電源管理芯片企業(yè)主要優(yōu)勢： 驅(qū)動和控制IC的設計能力； 電源方案的設計經(jīng)驗； ACDC合封技術(shù)能力和封裝供應鏈資源； 原 有的電源客戶渠道。
        要做好一個理想的氮化鎵的方案，硅基氮化鎵公司除了要把功率器件做好，驅(qū)動控制IC的技術(shù)和電源的方案也非常重要。 硅基氮化鎵是一家功率公司，前期也是一家電源公司。     氮化鎵方案相比硅基的方案，一是需要解決問題，如氮化鎵器件柵極耐壓、高頻所帶來的可靠性、EMI的問題；二是需要充分挖掘優(yōu)勢，發(fā)揮氮化鎵在傳統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)中充分實現(xiàn)效率高、體積小的特性。   因此在整體的方案需要： 1.充分理解氮化鎵器件的特性； 2. 方案層面具有很強的設計優(yōu)化能力 。 兩者需要互相充分理解（要很懂），在研發(fā)層面互相配合迭代（要能一體化研發(fā)），才能搞定一個好的電源方案。 通過氮化鎵器件、驅(qū)動電路和控制電路的研發(fā)充分協(xié)同，輸出一個好的方案。      我們看到Pi和Navitas都在內(nèi)部著力于解決上述的問題，國內(nèi)硅基氮化鎵公司也在打造自己和電源管理IC公司的研發(fā)生態(tài)。   國內(nèi)硅基氮化鎵 企業(yè)如何實現(xiàn)功率器件和功率IC的研發(fā)協(xié)同，是否具備較強的電源方案團隊儲備、技術(shù)經(jīng)驗、深度研發(fā)合作伙伴，需要重點關(guān)注。   另外， 目 前主流的方案包括Pi、Navitas、英諾賽科三家，三家芯片的集成度依次降低，其中Pi采用了控制器、驅(qū)動器和GaN器件合封 ，Navitas采用了驅(qū)動和氮化鎵器件的單die集成，英諾賽科采用的是氮化鎵單管，直接帶來的是三家不同的方案。 目前主流的電源廠商的方案集中于上面這三種，因此擁抱主流的方案的阻力相對較小，差異化的方案需要再自建體系。       05       題外話和結(jié)語

          目前有一些這樣的觀點： 一是氮化鎵賽道不賺錢； 二是氮化鎵技術(shù)門檻低，國內(nèi)在建 產(chǎn)能多。    關(guān)于經(jīng)濟性， 待整體產(chǎn)值上來，各家企業(yè)的良率、產(chǎn)能利用率能夠再上一個臺階，作為非充分競爭的市場，中短期內(nèi)該賽道大概率比硅基功率更賺錢。 關(guān)于產(chǎn)能，目前媒體公布出來要建的硅基氮化鎵產(chǎn)能項目不少，大家有興趣的話可以挨個調(diào)研一下，實際有效產(chǎn)能有幾個，且可以評估下未來兩三年有希望有效的產(chǎn)能有幾家，這里不多說了。   硅基氮化鎵作為一項新興賽道，目前能從器件到方案的技術(shù)做好，并建立一個穩(wěn)定且經(jīng)濟的上游供應鏈，難度很大，這樣的企業(yè)和團隊也非常稀缺。  

只要能好的解決以上幾個問題，就是一家很難得的硅基氮化鎵的企業(yè)，不拘泥于商業(yè)模式、不拘泥于企業(yè)背景、不拘泥于晶圓尺寸、不拘泥于外延和器件的技術(shù)路線。

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