氮化鎵（GaN）功率器件正加速拓展至人工智能數(shù)據(jù)中心、機(jī)器人、電動汽車、可再生能源等多個行業(yè)，同時還切入數(shù)字醫(yī)療、量子計算等新興領(lǐng)域，這一趨勢推動氮化鎵市場從今年到 2030 年實現(xiàn)顯著增長。

尤其在數(shù)據(jù)中心市場，采用新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的氮化鎵電源相比硅基電源，能實現(xiàn)更高的效率和功率密度，功耗損耗最多可降低 30%，助力打造更高效、更緊湊的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。應(yīng)用于人形機(jī)器人的氮化鎵電機(jī)驅(qū)動器，體積可縮小 40%，還能提升精細(xì)動作的控制精度。

英飛凌氮化鎵業(yè)務(wù)線高級副總裁兼總經(jīng)理約翰內(nèi)斯?朔伊斯沃爾博士在接受《歐洲電子工程新聞網(wǎng)》采訪時表示：“目前市場上 650 伏氮化鎵產(chǎn)品的選擇并不多，我們正著手研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，計劃今年晚些時候推出車用氮化鎵器件。而在 100 伏中壓領(lǐng)域，市場上已有不少適用于 LED 照明、音頻設(shè)備的氮化鎵產(chǎn)品，車用領(lǐng)域也有相關(guān)應(yīng)用?！?/p>

市場增長態(tài)勢

法國知名市場研究機(jī)構(gòu)Yole集團(tuán)（Yole Group）與集邦咨詢（Trendforce）的分析師預(yù)測，到 2030 年氮化鎵功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將接近 30 億美元，較 2025 年增長 400%。英飛凌表示，2025 年起多個行業(yè)開啟氮化鎵產(chǎn)品大規(guī)模量產(chǎn)，成為推動這一增長的核心動力。2025 至 2030 年，氮化鎵功率器件市場的復(fù)合年增長率預(yù)計將達(dá) 44%；2026 年該市場營收預(yù)計為 9.2 億美元，較 2025 年增長 58%。

英飛凌的高壓雙向開關(guān)（BDS）采用共漏極設(shè)計與雙柵極結(jié)構(gòu)，融合柵極注入晶體管（GIT）常關(guān)型高電子遷移率晶體管（HEMT）技術(shù)，摒棄了肖特基二極管級聯(lián)金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）的設(shè)計方案。這一架構(gòu)可通過同一漂移區(qū)實現(xiàn)雙向耐壓，與傳統(tǒng)的背靠背設(shè)計相比，芯片尺寸大幅縮小。以 CoolGaN 雙向開關(guān)為例，其工作頻率最高可達(dá) 1 兆赫茲，在相同封裝尺寸下，能為太陽能逆變器提升 40% 的輸出功率。

朔伊斯沃爾博士稱：“在數(shù)據(jù)中心 800 伏轉(zhuǎn) 48 伏中間總線轉(zhuǎn)換器（IBC）領(lǐng)域，采用堆疊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 650 伏氮化鎵器件，在功率密度和效率上表現(xiàn)最優(yōu)，而效率正是該領(lǐng)域的關(guān)鍵指標(biāo)。目前眾多客戶已開始采用這一方案，可見氮化鎵在人工智能領(lǐng)域發(fā)揮著核心作用。此外，100 伏和 80 伏氮化鎵器件被用于 48 伏轉(zhuǎn) 12 伏的電源轉(zhuǎn)換，儲能備用電源也朝著‘同體積更高功率’的方向發(fā)展，氮化鎵器件也已在這一領(lǐng)域落地應(yīng)用?！?/p>

他還提到，在三相維也納整流器的功率轉(zhuǎn)換架構(gòu)中，一顆 650 伏氮化鎵雙向開關(guān)可替代三顆成本更高的碳化硅 MOSFET，有效降低系統(tǒng)整體成本。

1200 伏氮化鎵器件研發(fā)

英飛凌還在研發(fā) 1000 伏以上的高壓氮化鎵器件，主要面向太陽能逆變器和交通出行領(lǐng)域。

朔伊斯沃爾博士表示：“市場對 1200 伏高壓氮化鎵器件的需求持續(xù)攀升，我們正研究該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地路徑，目前主要采用橫向氮化鎵技術(shù)路線。太陽能、充電適配器、輔助電源等多個市場均對該類器件展現(xiàn)出濃厚興趣?！?/p>

300 毫米晶圓研發(fā)與量產(chǎn)

英飛凌于去年展出首款硅基氮化鎵 300 毫米晶圓，目前正與設(shè)備制造商合作，優(yōu)化大尺寸晶圓的生產(chǎn)工藝。

向 300 毫米晶圓轉(zhuǎn)型，可借鑒硅基器件的大產(chǎn)能制造技術(shù)，通過規(guī)模效應(yīng)降低成本，但這一進(jìn)程受限于硅片氮化鎵外延層的沉積設(shè)備。這類被稱為 “反應(yīng)爐” 的設(shè)備，原本為多片 150 毫米和 200 毫米晶圓的生產(chǎn)優(yōu)化設(shè)計，一次僅能容納一片 300 毫米晶圓。

朔伊斯沃爾博士稱：“即便考慮到設(shè)備差異，我們?nèi)阅軐崿F(xiàn)成本的兩位數(shù)降幅，不過成本減半暫時無法實現(xiàn)。我們正與設(shè)備廠商合作優(yōu)化設(shè)備，進(jìn)一步降低單位芯片的生產(chǎn)成本。去年年底，我們已推出 100 伏氮化鎵器件的樣品，按計劃將于今年年底或 2027 年初實現(xiàn)量產(chǎn)，首批量產(chǎn)的是 100 伏器件 —— 因其外延層更薄，更容易實現(xiàn)工藝量產(chǎn)?！?/p>

垂直氮化鎵技術(shù)探索

垂直氮化鎵器件是另一種降低成本的技術(shù)路徑，即以垂直結(jié)構(gòu)替代平面結(jié)構(gòu)，但該技術(shù)目前仍面臨諸多產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)。

朔伊斯沃爾博士表示：“行業(yè)內(nèi)對垂直氮化鎵技術(shù)的探討頗多，但該技術(shù)需要采用氮化鎵單晶晶圓，而這類晶圓的尺寸更小，因此現(xiàn)階段存在顯著的成本劣勢。我們正對該技術(shù)進(jìn)行評估，目前來看硅基氮化鎵仍是更優(yōu)選擇。未來幾年我們會持續(xù)關(guān)注該技術(shù)的發(fā)展，垂直氮化鎵技術(shù)更適用于 1000 伏以上的電壓領(lǐng)域，而 650 至 800 伏電壓區(qū)間，硅基氮化鎵的優(yōu)勢更為明顯。需要明確的是，我們目前并未開展垂直氮化鎵的技術(shù)研發(fā)，僅進(jìn)行相關(guān)仿真模擬并持續(xù)跟蹤技術(shù)發(fā)展動向?！?/p>

此外，英飛凌還在探索將金剛石、藍(lán)寶石以及人工襯底材料應(yīng)用于氮化鎵器件的研發(fā)與生產(chǎn)。 

附：2024-2030 年氮化鎵功率器件市場規(guī)模（百萬美元）及終端市場占比（2030 年）

數(shù)據(jù)來源：Yole集團(tuán)《2025 年功率氮化鎵市場報告》（2025 年 10 月）

2024 年市場規(guī)模：3.55 億美元

2030 年市場規(guī)模：29 億美元

2024-2030 年復(fù)合年增長率：42%

2030 年各終端市場占比：電信與基礎(chǔ)設(shè)施 52%、汽車與移動出行 19%、工業(yè)與能源 7%、工業(yè)領(lǐng)域 4%、國防與航空航天 3%、消費電子 13%、其他領(lǐng)域 2%