隨著氮化鎵（GaN）功率器件市場份額逐漸增加，近年來GaN功率器件供應鏈參與者日益增多。從參與企業(yè)類型來看，除了英諾賽科、納微半導體、聚能創(chuàng)新等初創(chuàng)企業(yè)之外，還有華燦光電、晶元光電等傳統(tǒng)光電企業(yè)，以及臺積電、安森美、TI、英飛凌、ST、PI等晶圓廠或IDM企業(yè)。XVAesmc

自2020年宣布發(fā)力GaN電力電子器件以來，華燦光電到現(xiàn)在已經(jīng)取得了突破性進展。在近日的集邦咨詢化合物半導體新應用前瞻分析會現(xiàn)場，華燦光電副總裁王江波圍繞《新應用下氮化鎵技術的發(fā)展和挑戰(zhàn)》主題，分析了GaN材料和器件的應用及市場趨勢，并在媒體群訪中透露了公司在GaN器件上的規(guī)劃。XVAesmc

GaN材料在光電顯示上的應用

從材料體系角度來看，GaN的禁帶寬度覆蓋了紫外-紅外帶系，能應用在紫外光/藍光/綠光LED以及激光器等光電器件中，在顯示、照明、通信等領域有廣泛應用。因GaN材料的帶系很寬，具備高密度2DEG（二維電子氣），其擊穿電場、飽和速度非常高，讓GaN材料在Mini LED、Micro LED、傳統(tǒng)LED照明領域的應用優(yōu)勢突出。XVAesmc

回顧顯示行業(yè)的發(fā)展，可以看到顯示技術的迭代過程：從2000年開始，全彩顯示屏應用于大型活動、廣場以及室內(nèi)場景；到2013年小間距顯示興起，室內(nèi)顯示器的間距下探到P 2.5；2019年，間距P 1.2以內(nèi)的Mini LED直顯RGB開始商用；2020-2021年年底， P 1.0-P 0.8間距的Mini LED直顯RGB在高清室內(nèi)會議系統(tǒng)和監(jiān)控中心廣泛商用。XVAesmc

可以說，2021年是Mini LED背光的元年，蘋果、華為、TCL、康佳等大廠，均推出了采用Mini LED背光技術的產(chǎn)品。Mini LED背光技術的加持，讓顯示設備具備局部敏感調(diào)節(jié)、超薄厚度、色域廣等特點，并在未來的背光應用中展現(xiàn)出優(yōu)勢。XVAesmc

大家一致認為，Micro LED會是終極的顯示技術，無論從亮度、對比度還是可靠性方面，Micro LED技術都具有優(yōu)勢。當前，業(yè)內(nèi)領先企業(yè)已經(jīng)推出了Micro LED樣品，只是還需進一步解決一些技術、工藝難題。XVAesmc

這些難題具體包括：良率、光效、小電流注入、外延材料、芯片加工、巨量轉(zhuǎn)移、全彩化、控制、修復等。需要產(chǎn)業(yè)鏈從上游至下游共同努力攻關。據(jù)王江波介紹，華燦光電在外延、芯片方面已經(jīng)做了很多工作，也正與下游合作伙伴針對轉(zhuǎn)移方式、實現(xiàn)全彩化的方案上做探索。XVAesmc

另據(jù)權威行業(yè)機構判斷，Micro LED的商業(yè)化進程從兩方面切入：首先是大屏，代表產(chǎn)品包括電視、顯示屏，其次是小屏幕，代表產(chǎn)品包括可穿戴設備、AR/VR設備。Micro LED將率先在這兩個方向商業(yè)化。XVAesmc

綜合來說，Mini直顯RGB已大規(guī)模量產(chǎn)，P 1.2-P 0.3間距是未來的主力。隨著Mini背光技術越來越成熟，在平板、大尺寸TV、電競顯示器、車載等應用上均會展現(xiàn)優(yōu)勢。XVAesmc

GaN材料在電力電子上的應用

GaN材料的另一個重要應用是電力電子器件，它通過逆變、升壓、降壓、變頻、變相等手段來實現(xiàn)粗電變細電。市場也對電力電子器件提出了新要求，在能源管理、尺寸、轉(zhuǎn)換效率、靈敏度等方面均有提升。GaN技術方面的優(yōu)勢正好可匹配這些要求，與傳統(tǒng)Si功率器件比起來，GaN功率器件的電能轉(zhuǎn)換效率更高，可實現(xiàn)更高的頻率，且器件體積更小、功率密度更大。XVAesmc

GaN功率器件的技術路線和應用主要有以下幾種：一是D-Mode（耗電型）HEMT的技術路線，它包括以Transphorm為代表的方案，采取了Si MOS+GaN HEMT級聯(lián)的方式；二是把硅基Driver和GaN HEMT進行合封，一定程度上解決電路串繞問題，其開關頻率更低，但應用方式更簡便，適合快充領域；三是采用負壓直驅(qū)D-MODE GaN HEMT器件，其開關頻率高，但方案復雜、成本較高；四是增強型E-Mode GaN基HEMT方案。XVAesmc

正因GaN材料在功率器件上的優(yōu)勢，市場對它的預測非常樂觀，從快充應用到數(shù)據(jù)中心、電動汽車等領域均有非?？焖俚陌l(fā)展。目前，GaN功率器件主要集中在消費電子快充市場，預計未來4年內(nèi)的滲透率將達到75%。XVAesmc

GaN在數(shù)據(jù)中心的應用涉及到工業(yè)電源。工業(yè)電源要全天候保持安全、高效、穩(wěn)定，而如何實現(xiàn)更小、更快、更輕的系統(tǒng)，并還能降低總體系統(tǒng)成本，是華燦光電未來發(fā)力的方向之一。通過GaN功率器件前級電路和后級LLC諧振電路，來實現(xiàn)大于90%的能量轉(zhuǎn)換，能助力系統(tǒng)在全負載情況下達到鈦金級使用標準。XVAesmc

GaN在電動汽車，尤其在OBC（車載充電器）中的應用也值得關注。相對Si材料，GaN材料能使器件提升5倍功率密度、降低3倍功耗，該特性為未來器件的集成性提供了新的可能性。XVAesmc

GaN在自動駕駛汽車雷達上的應用也頗受關注。安裝在汽車周圍的雷達不斷發(fā)射高頻信號，并收集返回信號做解碼/編碼。在這個過程中，更短的脈沖意味著更高的分辨率、更快的測量、更精確的計算。GaN 功率器件具有優(yōu)越的柵極MOM，它的開關速度更快，可幫助雷達系統(tǒng)識別更遠距離的圖像。XVAesmc

華燦光電針對GaN功率器件的布局

華燦光電自2005年成立起即深耕GaN材料領域，主要針對藍光、綠光等照明顯示應用。2020年，華燦光電募投約3億元投向GaN電力電子器件領域。目前，華燦光電已實現(xiàn)了6英寸、8英寸GaN電力電子器件外延優(yōu)化，6英寸硅基GaN 電力電子器件工藝已通線，器件性能參數(shù)良好。100mm柵寬D-Mode器件靜態(tài)參數(shù)已達標（對標國際市場）。預計2022年底推出650V cascode產(chǎn)品，2023年具備批量生產(chǎn)和代工能力。XVAesmc

光電器件注重發(fā)光亮度、顏色控制等方面的訴求，電力電子器件則更多的是考量電性參數(shù)，它們對材料和工藝的要求不同。“華燦光電的技術專長是外延材料的生長以及芯片工藝的制備，在電力電子器件領域，這些技術與光電器件有相通性。”XVAesmc

王江波表示，從技術和方案的成熟度、市場的接受度來看，率先切入快充市場相對來說更容易。公司針對數(shù)據(jù)中心、電動汽車等領域也在提前布局，以期未來順利切入。XVAesmc

近期,華燦光電公告稱“擬與華實產(chǎn)研共設先進半導體研究院”。王江波強調(diào)說，研究院重點研究未來三到五年的前瞻性技術，以期在先進半導體領域獲獲更快發(fā)展。XVAesmc