氮化镓产业初步形成
氮化镓（GaN）主要是指一种由人工合成的半导体材料，是第三代半导体材料的典型代表, 研制微电子器件、光电子器件的新型材料。氮化镓技术及产业链已经初步形成，相关器件快速发展。第三代半导体氮化镓产业范围涵盖氮化镓单晶衬底、半导体器件芯片设计、制造、封测以及芯片等主要应用场景。
氮化镓应用范围广泛，作为支撑“新基建”建设的关键核心器件，其下游应用切中了 “新基建”中5G基站、特高压、新能源充电桩、城际高铁等主要领域。此外，氮化镓的高效电能转换特性，能够帮助实现光伏、风电（电能生产），直流特高压输电（电能传输），新能源汽车、工业电源、机车牵引、消费电源（电能使用）等领域的电能高效转换，助力“碳达峰，碳中和”目标实现。
从产业发展来看，全球氮化镓产业规模呈现爆发式增长。据分析机构Yole研究显示，在氮化镓功率器件方面，2020年的整体市场规模为0.46亿美元，受消费类电子、电信及数据通信、电动汽车应用的驱动，预计到2026年增长至11亿美元，复合年均增长率为70%。值得一提的是，电动汽车领域的年复合增长率高达185%。在氮化镓射频器件方面，2020年的整体市场规模为8.91亿美元，预计到2026年增长至24亿美元，复合年均增长率为18%。
从产业链看，国内氮化镓产业链已基本形成，产业结构相对聚焦中游（如图1），中国企业纷纷入场，主要代表企业分布在全国各地（如图2）。
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》
中国在氮化镓技术上起步虽晚发力强劲
智慧芽数据显示，全球在氮化镓产业已申请16万多件专利，有效专利6万多件（如图3）。其中，保护类型以发明专利为主，行业技术创新度比较高。报告指出，该领域美日技术实力较强，中美日市场较热。
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》
从技术发展的历史演进来看，20世纪70年代初出现氮化镓相关专利申请，1994年之前尚处于探索阶段，参与企业较少；1994-2005年进入快速发展期，主要驱动力是LED照明商用化；2010年开始，日本住友、日立等对氮化镓衬底大尺寸的突破和进一步产品化，促进了相关专利量的进一步快速增长；自2014年起，专利申请量总体趋于稳步发展态势，年专利申请量基本维持在9000件以上，在这段时期，可见光LED热度减退，GaN基FET器件、功率/射频器件、MicroLED等器件热度上升。
从氮化镓领域全球技术布局来看，中国、美国和日本为氮化镓技术热点布局的市场。其中，美国和日本起步较早，起步于20世纪70年代初，而中国起步虽晚，但后起发力强劲（如图4）。值得注意的是，目前全球的氮化镓技术主要来源于日本。
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》
国内外龙头企业技术洞察对比
报告显示，全球氮化镓主要创新主体的龙头主要集中于日本。氮化镓产业国外重点企业包括日本住友、美国Cree、德国英飞凌、韩国LG、三星等（如图5），中国企业代表有，晶元光电、三安光电、台积电、华灿光电等（如图6）。但目前中国企业和国外企业相比，专利申请数量仍有一定差距。
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》
在这些企业中，日本住友全球率先量产氮化镓衬底，是全球氮化镓射频器件主要供应商，同时也是华为GaN射频器件主要供应商之一。住友聚焦于衬底和器件方面的研究，其中，器件方面近几年侧重于氮化镓FET器件。该公司的氮化镓衬底单晶生长技术侧重HVPE法，重点解决衬底缺陷、尺寸等难题。此外，住友在氮化镓FET器件上，侧重外延工艺和芯片工艺突破。
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》
美国Cree依靠其技术储备支撑氮化镓功率器件的市场化。2019年，Cree逐步剥离LED业务，专注于碳化硅电力电子器件和用于GaN射频器件，并于2021年正式更名为Wolfspeed（原Cree旗下的功率&射频部门）。在技术分布上，发光二极管LED和GaN基FET器件两大方向是Cree重要的专利布局领域。其中，前者的研发热度在近几年明显衰退，而Cree在后者的细分领域中则探索了较多的技术难题，注重器件多性能发展。
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》
德国英飞凌持续深耕功率器件领域，且重点关注美国市场。其前身作为西门子集团的半导体部门，英飞凌主要生产IGBT、功率MOSFET、HEMT、DC-DC转换器、栅极驱动IC、AC-DC电源转换器等功率半导体器件，曾连续10年居全球功率半导体市场之首。在氮化镓领域，英飞凌的技术分布于集中产业链中游——器件模组，持续关注GaN基FET、IGBT等功率元器件，以及由多个功率元器件集成的功率模块（如电源转换器）的研发。总体而言，英飞凌在功率模块、GaN基FET器件上布局的专利最多。
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》
国内LED龙头“三安光电”在氮化镓领域有一定技术储备。三安光电是目前国内规模最大的LED外延片、芯片企业。2014年，该公司投资建设氮化镓高功率半导体项目；2018年，在福建泉州斥资333亿元投资Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、LED外延、芯片、微波集成电路、光通讯、射频滤波器等产业。在氮化镓领域，三安光电同样集中于产业链中游——器件模组的研究。其布局的器件类型主要包括可见光LED、紫外LED、Micro/Mini LED和GaN基FET。2016年后，三安光电对可见光LED的专利申请量逐渐下降，并开始增加对Micro/Mini LED、GaN基FET的专利申请。
图片来源：《第三代半导体-氮化镓技术洞察报告》