切入电力电子器件，LED企业在GaN领域谋转型

随着氮化镓（GaN）功率器件市场份额逐渐增加，近年来GaN功率器件供应链参与者日益增多。从参与企业类型来看，除了英诺赛科、纳微半导体、聚能创新等初创企业之外，还有华灿光电、晶元光电等传统光电企业，以及台积电、安森美、TI、英飞凌、ST、PI等晶圆厂或IDM企业。XVAesmc

自2020年宣布发力GaN电力电子器件以来，华灿光电到现在已经取得了突破性进展。在近日的集邦咨询化合物半导体新应用前瞻分析会现场，华灿光电副总裁王江波围绕《新应用下氮化镓技术的发展和挑战》主题，分析了GaN材料和器件的应用及市场趋势，并在媒体群访中透露了公司在GaN器件上的规划。XVAesmc

GaN材料在光电显示上的应用

从材料体系角度来看，GaN的禁带宽度覆盖了紫外-红外带系，能应用在紫外光/蓝光/绿光LED以及激光器等光电器件中，在显示、照明、通信等领域有广泛应用。因GaN材料的带系很宽，具备高密度2DEG（二维电子气），其击穿电场、饱和速度非常高，让GaN材料在Mini LED、Micro LED、传统LED照明领域的应用优势突出。XVAesmc

回顾显示行业的发展，可以看到显示技术的迭代过程：从2000年开始，全彩显示屏应用于大型活动、广场以及室内场景；到2013年小间距显示兴起，室内显示器的间距下探到P 2.5；2019年，间距P 1.2以内的Mini LED直显RGB开始商用；2020-2021年年底， P 1.0-P 0.8间距的Mini LED直显RGB在高清室内会议系统和监控中心广泛商用。XVAesmc

可以说，2021年是Mini LED背光的元年，苹果、华为、TCL、康佳等大厂，均推出了采用Mini LED背光技术的产品。Mini LED背光技术的加持，让显示设备具备局部敏感调节、超薄厚度、色域广等特点，并在未来的背光应用中展现出优势。XVAesmc

大家一致认为，Micro LED会是终极的显示技术，无论从亮度、对比度还是可靠性方面，Micro LED技术都具有优势。当前，业内领先企业已经推出了Micro LED样品，只是还需进一步解决一些技术、工艺难题。XVAesmc

这些难题具体包括：良率、光效、小电流注入、外延材料、芯片加工、巨量转移、全彩化、控制、修复等。需要产业链从上游至下游共同努力攻关。据王江波介绍，华灿光电在外延、芯片方面已经做了很多工作，也正与下游合作伙伴针对转移方式、实现全彩化的方案上做探索。XVAesmc

另据权威行业机构判断，Micro LED的商业化进程从两方面切入：首先是大屏，代表产品包括电视、显示屏，其次是小屏幕，代表产品包括可穿戴设备、AR/VR设备。Micro LED将率先在这两个方向商业化。XVAesmc

综合来说，Mini直显RGB已大规模量产，P 1.2-P 0.3间距是未来的主力。随着Mini背光技术越来越成熟，在平板、大尺寸TV、电竞显示器、车载等应用上均会展现优势。XVAesmc

GaN材料在电力电子上的应用

GaN材料的另一个重要应用是电力电子器件，它通过逆变、升压、降压、变频、变相等手段来实现粗电变细电。市场也对电力电子器件提出了新要求，在能源管理、尺寸、转换效率、灵敏度等方面均有提升。GaN技术方面的优势正好可匹配这些要求，与传统Si功率器件比起来，GaN功率器件的电能转换效率更高，可实现更高的频率，且器件体积更小、功率密度更大。XVAesmc

GaN功率器件的技术路线和应用主要有以下几种：一是D-Mode（耗电型）HEMT的技术路线，它包括以Transphorm为代表的方案，采取了Si MOS+GaN HEMT级联的方式；二是把硅基Driver和GaN HEMT进行合封，一定程度上解决电路串绕问题，其开关频率更低，但应用方式更简便，适合快充领域；三是采用负压直驱D-MODE GaN HEMT器件，其开关频率高，但方案复杂、成本较高；四是增强型E-Mode GaN基HEMT方案。XVAesmc

正因GaN材料在功率器件上的优势，市场对它的预测非常乐观，从快充应用到数据中心、电动汽车等领域均有非常快速的发展。目前，GaN功率器件主要集中在消费电子快充市场，预计未来4年内的渗透率将达到75%。XVAesmc

GaN在数据中心的应用涉及到工业电源。工业电源要全天候保持安全、高效、稳定，而如何实现更小、更快、更轻的系统，并还能降低总体系统成本，是华灿光电未来发力的方向之一。通过GaN功率器件前级电路和后级LLC谐振电路，来实现大于90%的能量转换，能助力系统在全负载情况下达到钛金级使用标准。XVAesmc

GaN在电动汽车，尤其在OBC（车载充电器）中的应用也值得关注。相对Si材料，GaN材料能使器件提升5倍功率密度、降低3倍功耗，该特性为未来器件的集成性提供了新的可能性。XVAesmc

GaN在自动驾驶汽车雷达上的应用也颇受关注。安装在汽车周围的雷达不断发射高频信号，并收集返回信号做解码/编码。在这个过程中，更短的脉冲意味着更高的分辨率、更快的测量、更精确的计算。GaN 功率器件具有优越的栅极MOM，它的开关速度更快，可帮助雷达系统识别更远距离的图像。XVAesmc

华灿光电针对GaN功率器件的布局

华灿光电自2005年成立起即深耕GaN材料领域，主要针对蓝光、绿光等照明显示应用。2020年，华灿光电募投约3亿元投向GaN电力电子器件领域。目前，华灿光电已实现了6英寸、8英寸GaN电力电子器件外延优化，6英寸硅基GaN 电力电子器件工艺已通线，器件性能参数良好。100mm栅宽D-Mode器件静态参数已达标（对标国际市场）。预计2022年底推出650V cascode产品，2023年具备批量生产和代工能力。XVAesmc

光电器件注重发光亮度、颜色控制等方面的诉求，电力电子器件则更多的是考量电性参数，它们对材料和工艺的要求不同。“华灿光电的技术专长是外延材料的生长以及芯片工艺的制备，在电力电子器件领域，这些技术与光电器件有相通性。”XVAesmc

王江波表示，从技术和方案的成熟度、市场的接受度来看，率先切入快充市场相对来说更容易。公司针对数据中心、电动汽车等领域也在提前布局，以期未来顺利切入。XVAesmc

近期,华灿光电公告称“拟与华实产研共设先进半导体研究院”。王江波强调说，研究院重点研究未来三到五年的前瞻性技术，以期在先进半导体领域获获更快发展。XVAesmc