从去年开始，氮化镓（GaN）功率半导体市场就热闹非凡，英飞凌、瑞萨电子、格罗方德等龙头大厂纷纷开始并购，加强在GaN领域的技术储备。GaN的应用已逐渐成熟，但随着电动汽车、人工智能、机器人等新兴产业的逐渐发展，更高功率、更低能耗的需求将促使GaN器件逐渐取代传统的硅基器件。这些高价值场景的商业化应用正在逐渐铺开，也带动各大半导体厂商在氮化镓领域积极布局。
GaN有哪些优点？
氮化镓（GaN）作为第三代半导体的代表，是由氮和镓组成的极其稳定的化合物半导体，又被称为宽带隙半导体材料，具有更高的击穿强度、更快的开关速度、更高的热导率、高的电子漂移速度和迁移率、更低的导通电阻，可实现优异的散热性能、更低的能耗、更小的器件尺寸。
在制造方面，GaN晶体可以在多种衬底上生长，包括蓝宝石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。硅上GaN外延层生产可以使用现有的硅制造设施，无需高性能硅。该芯片不需要特殊的生产设施，可以使用低成本、大直径的硅晶片。
GaN的这些特性使得它在大功率器件、5G射频、微波电子器件以及发光二极管（LED）等领域有着广泛的应用，相比硅基器件乃至第二代半导体材料（如砷化镓GaAs）而言，GaN在性能上比硅基器件和第二代半导体材料（如砷化镓GaAs）有着更优的性能优势。
GaN行业掀起并购潮，未来或将出现更多整合
近年来，氮化镓技术的价值越来越受到半导体厂商的重视，各大半导体厂商开始积极参与该领域的竞争，希望通过布局抢占功率器件新的增长机会。
2023年3月，英飞凌宣布以8.3亿美元收购加拿大氮化镓技术公司GaN，双方已签署最终协议，这也是迄今为止业内最大的一笔收购，英飞凌还将投资20亿欧元扩大位于马来西亚居林和奥地利菲拉赫的氮化镓和碳化硅芯片产能。英飞凌电源与传感器系统总裁怀特表示，英飞凌特别看好氮化镓（GaN）芯片，公司预测到2027年，氮化镓芯片市场将以每年56%的速度增长。
2024年6月20日，汽车芯片大厂瑞萨电子宣布完成对GaN功率半导体全球供应商的收购，根据协议，瑞萨旗下子公司将以每股5.10美元现金收购所有流通在外的普通股，估值约为3.39亿美元。收购完成后，瑞萨电子将立即开始提供基于GaN的功率产品和相关参考设计，以满足日益增长的宽禁带半导体产品需求。
2024年7月，晶圆代工巨头宣布收购GaN功率技术和知识产权组合，后者的工程团队将加入。表示，此次收购扩大了公司功率IP产品组合，并拓宽了获得GaN IP的渠道。
业界普遍认为，未来GaN企业将更多地转向IDM模式，即覆盖从设计到制造的全产业流程，以规模效应和产业协同效应更好地推动商业化发展。这也意味着，半导体大厂若想尽快展开相关布局，最好的方式就是整合现有的成熟GaN功率半导体企业，借助已有的专利和成熟产品快速进入该领域。
GaN市场前景广阔，各场景全面开花
行业并购潮的兴起也在一定程度上反映出半导体巨头对GaN技术应用前景的看好，早在2010年3月EPC就交付了第一颗商用eGaN FET，目前GaN已在智能手机、家电等消费电子市场拥有较高的渗透率，并正在加速向大功率工业、服务器和汽车市场发展。
自2023年生成式人工智能（AI）爆发以来，AI服务器需求激增，高性能AI服务器也对服务器功率密度和能效提出了更高的要求。
数据中心采用GaN功率器件不仅能实现更高的功率规格，还能降低电源转换中的能耗，据预估，若所有使用硅器件的数据中心都升级为GaN器件，全球数据中心的能源浪费将减少30~40%，相当于减少二氧化碳排放量1.25亿吨。
此外，由于人形机器人的运动模式更加复杂，其电机驱动需要更高的功率密度、效率和响应速度，氮化镓可以更好地满足这些要求。
为此，TI、英飞凌、EPC等多家GaN厂商均推出了面向AI服务器和人形机器人的产品。例如EPC在数据中心电源系统领域积累了数十亿小时的现场经验，已为数据中心推出了40多款产品，帮助工程师缩短产品上市时间和降低开发成本。今年4月，EPC又推出了面向机器人领域的电机驱动器，助力实现更高精度的控制和更大的扭矩。
电动汽车是GaN另一个潜力巨大的市场。随着汽车电动化、自动驾驶等技术的发展，汽车功率器件的转换效率越来越高，电池系统也从400V平台向800V平台迁移。这也导致许多汽车功率器件转向更耐高压、功率更大的材料。
虽然目前电动汽车在高压场景下多采用碳化硅器件，但氮化镓在速度、效率等方面较碳化硅有明显优势，尤其在高频应用领域，氮化镓具有更高的电子迁移率，因此在电动汽车的优势领域与碳化硅形成互补。
EPC联合创始人兼首席执行官Alex Lidow认为，GaN技术将主要推动车载系统在以下四个方面的发展，分别是车载信息娱乐系统的DC-DC转换、无刷直流汽车电机、LiDAR和48V轻度混合动力（MHPV）汽车。作为首批开发汽车级GaN技术的公司之一，EPC于去年2月推出了通过AEC-Q101认证的80V GaN FET，为设计人员提供了比硅更好的性能。该公司新的基于3D、更小、更高效的解决方案可用于汽车级LiDAR、48V/12V DC/DC转换和低电感电机驱动器。
作为该技术的共同发明人，亚历克斯表示，硅基器件已经达到了其技术极限，而新兴的氮化镓技术则到达了发展的关键点，工程师们已经认识到氮化镓在成熟应用场景中的价值，从而推动GaN进入更多领域。
市场研究公司Yole集团的报告《功率氮化镓（2024版）》预测，得益于氮化镓在汽车、服务器等高端应用场景的应用，到2029年功率GaN市场规模将超过25亿美元。
面对需求上升带来的商机，GaN厂商显然也在采取行动，通过各种技术路线抢占先机、满足市场需求。据悉，本月底将在深圳举办的PCIM Asia 2024将汇聚长飞先进半导体、英飞凌、EPC等国内外一线GaN厂商，展出最新产品组合，揭秘GaN领域最新趋势。PCIM是专注于电力电子器件产业链的全球一流综合展会，EPC将展出最新一代GaN FET及IC，作为业界最全面的GaN基功率转换解决方案，其产品涵盖AI服务器、自动驾驶、人形机器人等应用领域。英飞凌将有三大展区（绿色能源与工业、电动交通与电动出行、能源效率与智能家居），展品数量超过120件。
