氮化镓射频器件已广泛应用于5G通信基站、移动终端、国防军工和卫星通讯中。氮化镓与碳化硅同属于第三代半导体，在功率半导体领域，碳化硅在高压场景中应用较多，但不适用于高频场景，而氮化镓适用于高频、高温、高功率应用，当前逐渐从消费电子快速充电器领域向电动汽车、高功率数据中心、新能源、工业与通信电源等应用场景渗透，预计至2029年市场规模年复合增速保持在40%以上。
产品概况 氮化镓材料适用于高频、高温、高功率应用。氮化镓（GaN）作为一种宽禁带材料，和硅等传统半导体材料相比，具有更高的击穿场强、更快的电子迁移率和更高的饱和电子速率，具备导通损耗小、开关频率高、可双向导通等优势，能够在更高压、更高频、更高温度环境下运行。氮化镓制成的功率器件一般被称为GaN HEMT（High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体）。 氮化镓器件可以分为增强型和耗尽型两种类型。按照栅极特性差异，氮化镓分为常关的增强型（E-mode）和常开的耗尽型（D-mode）两种类型。增强型（E-Mode）器件更接近传统MOSFET，且常关器件更易控制，可以简化驱动电路，适合消费电子和低压高频、中小功率场景，是目前行业主流技术路线。耗尽型（D-Mode）氮化镓器件通常用于射频和特殊功率应用场景，可以通过增加外围元器件，比如级联型D-mode GaN利用低压Si MOSFET的开关带动整体的开关，从而将常开型变为常关型、实现对常开器件的控制，具有导通电阻较小、饱和电流较大、开关频率较高的优势，当前成为向光伏新能源、数据中心、电动汽车等高功率应用突破的方向。
表1 增强型与耗尽型GaN器件比较
资料来源：深企投产业研究院整理。
硅基氮化镓是当前主流技术路线。从衬底材料来看，氮化镓器件主要有四种类型，分别是硅基氮化镓（GaN-on-Si）、蓝宝石基氮化镓（GaN-on-Sapphire）、碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）、氮化镓基氮化镓（GaN-on-GaN）。其中，硅衬底成本仅为碳化硅的1/10，且可直接利用现有8英寸硅晶圆产线，硅基氮化镓（GaN-on-Si）因此成为最具成本优势的技术路线。目前，市面上主要的GaN器件企业都采用了GaN-on-Si技术方案。
表2 氮化镓器件不同技术路线代表企业
资料来源：Yole、财通证券，深企投产业研究院整理。
氮化镓晶圆当前从6英寸向8英寸过渡。氮化镓功率半导体生产可复用硅半导体制造设备，目前8英寸硅基产线的设备成熟度与工艺效率显著优于6英寸产线。基于设备兼容性提升与工艺成熟度优化，预计8英寸将成为氮化镓功率半导体的发展方向。此外，与硅基半导体的发展历程相似，更大尺寸晶圆可通过提升单批次芯片产出量降低单位制造成本，同时提升良率。因此，从6英寸发展至8英寸的技术、工艺和产能转换将为领先的参与者提供重要的先发优势。根据英诺赛科招股说明书，按收入计，2023年全球氮化镓功率半导体市场中，6英寸及8英寸氮化镓的市占率分别为66.3%及33.7%。 应用领域 氮化镓射频器件已在5G射频、雷达、卫星通信领域得到普遍应用。氮化镓功率器件广泛应用于低功率消费电子市场，并逐步向新能源汽车、高功率数据中心、新能源、工业与通信电源等应用场景渗透。根据Yole的数据，2023年全球氮化镓功率器件应用市场中，消费类（消费电子）应用占比达75%，国防与航空航天、电信与基础设施、汽车与出行、工业、工业电源应用占比分别为10%、8%、4%、2%、1%，如下图所示。
图1 2023年全球氮化镓功率器件应用市场占比
资料来源：Yole《2024年氮化镓市场报告》，深企投产业研究院整理。
——通信与射频。氮化镓射频器件包括功率放大器、射频开关、低噪声放大器，广泛应用于移动终端、通信基站、国防军工和卫星通讯中。氮化镓适应的频率范围满足5G、6G通信对于高频的要求，应用于5G基站射频功率放大器（PA），逐步对LDMOS器件形成替代。氮化镓 HEMT 等器件可用于卫星通信的射频前端，提升卫星通信的覆盖范围和数据传输速率，其高温稳定性和抗辐射性能能够适应太空恶劣条件，确保卫星通信系统的长期稳定运行，并可支持低轨卫星星座、卫星互联网发展。在国防军工领域，氮化镓射频器件主要应用于雷达特别是先进有源相控阵雷达，其高频支持和宽带宽特性，适合多功能雷达同时执行搜索、跟踪和电子战等多种任务，并能够显著降低雷达功耗、增强抗干扰能力、提升雷达性能，推动雷达系统小型化和轻量化。根据Yole的报告，2023年全球氮化镓功率器件应用中，国防与航空航天应用市场占比达到10%。 ——消费电子。氮化镓凭借高功率密度和低损耗特性，成为手机、平板等设备快速充电器和适配器的标配，体积仅为传统硅基充电器的1/3，效率提升30%以上，并向可靠性要求更为严格的笔记本电脑、家电电源产品延伸。根据英飞凌2025年报告，在充电器和适配器等消费电子领域，氮化镓的普及已达到市场拐点，预计基于氮化镓技术的USB-C适配器和充电器将在市场占据主导地位。Trend Force 预计2025年氮化镓解决方案在快充市场的渗透率将达到52%。其他消费电子应用还包括无线充电器、电动工具充电器、AC/DC电源、过压保护装置、电机驱动器、数字音频放大器等。根据Yole的报告，2023年全球氮化镓功率器件应用中，消费类（消费电子）应用市场占比达75%，2030年仍将占据2/3的份额。 ——电动汽车。氮化镓功率器件可用在电动汽车的车载充电器OBC、DC-DC变换器、牵引逆变器、激光雷达驱动器、无线充电、手机无线充电、数字音频放大器、辅助电源应用、无刷直流电机驱动器及外部充电器等领域。虽然碳化硅在电动汽车行业的应用蓬勃发展，氮化镓在这一领域也越来越受欢迎，车载充电器OBC、DC-DC有望成为氮化镓在电动汽车三电系统中的重要突破口。随着英飞凌和瑞萨电子等主要汽车半导体公司持续投资，预计氮化镓将很快成为汽车电源系统的关键部件。Yole预计2029年全球氮化镓功率器件应用中汽车与市场占比将达到17%。 ——数据中心。氮化镓与液冷技术的结合，有望成为智算中心提高能效的关键技术之一。对于一个标准的10兆瓦数据中心来说，电源转换效率每提高1%，就能节省数亿元的电力成本。智算中心对高速运算和电力都有着庞大的需求，AI服务器的单颗GPU功耗大幅攀升，比如将在2025年放量的英伟达Blackwell 平台中，单颗GPU功耗可达1000W以上，对应数据中心服务器机柜的功率规格将从30-40kW提高至100kW，对于数据中心电源系统是巨大挑战。芯片功耗的大幅上升需要服务器拥有更高的功率密度和效能，在服务器电源的PFC和高压DC/DC中采用氮化镓作为开关器件，可以大幅减少AC/DC系统的体积，提高用电效率和功率密度，同时降低冷却要求。目前，英诺赛科、罗姆、英飞凌、德州仪器等龙头均已推出面向数据中心电源系统的氮化镓解决方案。 ——新能源。氮化镓在光伏、储能领域的应用主要是微型逆变器、DC/DC变换器和电池管理系统。氮化镓在小型分布式光伏、微型逆变器中已得到应用，显著提升光伏逆变器的功率密度、效率和可靠性。氮化镓可在储能电池管理系统（BMS）和储能电源模块中降低损耗。随着1200V氮化镓器件研发加速，适配10kV以上光伏电站，有望替代部分碳化硅方案。在超快充储能充电桩中，氮化镓可实现2400W高功率输出，体积缩小一半，有望适配800V高压平台。 ——工业。氮化镓功率半导体在工业领域可用于通用电机驱动器、伺服驱动器、工业激光雷达、不间断电源UPS、逆变器及机器人电机驱动器。基于氮化镓的电机驱动系统能够提供优异的能效和性能、更高的功率密度、更少的电机损耗和更高速的开关能力，支持电机在紧凑的密封外壳中，实现更高的功率。人形机器人相比工业机器人要求具有明显更高的自由度（DoF），需要具有高功率密度、高效率和高响应性的关节电机驱动器，因此氮化镓的应用潜力较大。 氮化镓与碳化硅部分应用领域重合。与碳化硅相比，氮化镓在高频应用场景中优势显著，而碳化硅在高压场景中应用较多，但不适用于高频场景。因此，氮化镓和碳化硅总体上是具有不同特性和应用场景的材料，但在电动汽车、光伏及储能、数据中心等部分应用领域存在重合。
图2 硅、碳化硅、氮化镓的功率半导体理论应用领域
资料来源：英诺赛科招股说明书、国金证券。
与碳化硅相比，氮化镓在成本方面表现出更强潜力，硅基氮化镓的衬底成本远低于碳化硅衬底，且氮化镓器件为平面器件，与现有硅半导体工艺兼容性强，使其更易与其他半导体器件集成，氮化镓可同时涵盖射频及功率领域，在高功率及高频率领域应用效果出色。不过，当前氮化镓制备成本更高，8英寸氮化镓外延片成本约为碳化硅的1.5-2倍，供应链成熟度尤其是产线设备等问题在一定程度上制约了氮化镓产业规模在短期内的爆发。面对新能源汽车、AI数据中心、机器人等应用场景，氮化镓的供应链成熟度和技术可靠性仍有待提升。 氮化镓产业链 氮化镓产业链的上游主要为原材料衬底（硅、碳化硅、氮化镓、蓝宝石）以及产线设备；中游为制造环节（外延片→设计→制造→封测），厂商类型主要包含IDM、Fabless无晶圆厂设计公司、晶圆代工厂；下游为各个应用环节，如下图所示。
图3 氮化镓功率半导体产业链
资料来源：英诺赛科港股招股说明书、国金证券。 市场规模 射频通信是氮化镓当前最大的应用市场，预计未来持续增长。根据Yole在2024年7月发布的报告，2023年全球氮化镓射频器件的市场规模为11亿美元，在国防和电信基础设施的推动下，预计2029年全球氮化镓射频器件的市场规模将达到20亿美元，2023-2029年的年复合增速为10%。其中，电信基础设施的市场规模将由2023年的5.22亿美元增长至2029年的8.94亿美元，国防市场规模将由2023年的5.13亿美元增长到2029年的8.17亿美元，卫星通信市场规模将由2023年的1.02亿美元增长到2029年的2.2亿美元。
图4 2023年全球氮化镓射频器件市场分布（亿美元）
资料来源：Yole，深企投产业研究院整理。
氮化镓功率器件市场将持续高速增长。根据集邦咨询数据，2023年全球氮化镓功率元件市场规模约2.71亿美元，至2030年有望上升至43.76亿美元，年复合增速高达49%。根据Yole的报告，2019年至2023年，全球氮化镓功率器件市场规模增长超过10倍，2023年达到2.602亿美元，预计2025年增长至4.072亿美元，2029年达到20.1亿美元，2023年至2029年的年复合增速预计将达41%。从氮化镓功率器件细分市场看，根据Yole的预测，2029年消费类应用市场规模预计达到13.16亿美元，年复合增速为38%；汽车与出行市场达到3.36亿美元，年复合增速为79%；通信与基础设施市场达到1.01亿美元，年复合增速为35%；国防与航空航天市场0.73亿美元，年复合增速19%；工业电源市场0.69亿美元，年复合增速60%；工业市场0.66亿美元，年复合增速50%；其他市场0.52亿美元，年复合增速57%，如下图所示。
图5 2029年全球氮化镓功率器件市场分布及增速
资料来源：Yole，深企投产业研究院整理。
竞争格局 全球氮化镓射频器件市场主要由欧美日企业主导。欧美日韩主要企业包括美国Qorvo、美国Skyworks、德国英飞凌、美国MACOM（收购Wolfspeed射频业务）、荷兰恩智浦NXP、日本住友电工、韩国三星、美国相干Coherent等，国产替代企业主要有华为海思、紫光展锐、三安光电、中瓷电子（中国电科）等。 全球氮化镓功率器件市场集中度较高。在全球氮化镓功率器件市场上，当前英诺赛科、美国Power Integrations、美国纳微半导体Navitas和美国EPC处于领先地位，我国英诺赛科已成为全球龙头。同时，半导体厂商德国英飞凌、日本瑞萨电子分别通过收购GaN Systems、Transphorm进入第一梯队。根据Yole的数据，2023年全球氮化镓功率器件市场CR5达到87%，其中英诺赛科占比为31%，如下图所示。从主要企业的经营模式来看，英诺赛科、英飞凌均为垂直整合的IDM模式，Power Integrations、Navitas、EPC等均采用Fabless无晶圆厂设计模式。
图6 2023年全球氮化镓功率器件市场份额
资料来源：Yole，深企投产业研究院整理。
国内外氮化镓产业链布局企业如下表所示。
表3 国内外氮化镓半导体产业链布局企业
资料来源：深企投产业研究院整理。
