这几年第三代半导体异常火热，国内外很多半导体企业都涌入其中。根据Yole的数据，2020年，GaN功率器件市场规模为4600万美元，相比2019年增长了2倍，并有望在2026年突破10亿美元大关，达到11亿美元，年复合增长率将接近70%。主要的应用市场包括电信和数据通信、汽车，以及便携设备市场等。

两大主要市场推动GaN功率器件大发展

2020年的GaN功率器件市场突飞猛进的原因之一是快充的广泛应用，到目前为止，至少有10个智能手机OEM厂商推出了18款以上的内置GaN的充电器手机。未来随着智能手机等设备的电池容量越来越大，用户对快充的需求将会更加明显。

新能源汽车的兴起也为GaN找到了一个新的应用场景，预计今年会有更多的汽车开始在OBC、DCDC转换器等应用中采用GaN，这方面不少厂商已经做好了准备，比如EPC、Transphorm、GaN Systems、TI，以及Nexperia等玩家的产品都已经过了AEC认证。ST则通过与TSMC合作，以及收购Exagan的多数股权扩大了GaN市场的份额，并进军电动汽车领域。

在新机遇下，GaN的全球产业化竞争也正愈演愈烈。从2009年开始，首颗EPC 100V功率GaN FET面市至今，高低压GaN功率芯片出货量均达到千万级，产业化技术成熟，市场开始爆发，全球GaN主流企业随之崛起。

两大技术路线对比

由于GaN场效应晶体管（FET）支持更快的开关速度和更高的工作频率，有助于改善信号控制，为无源滤波器设计提供更高的截止频率，降低纹波电流，从而帮助缩小电感、电容和变压器的体积。从而构建体积更小的紧凑型系统解决方案，最终实现成本的节约。
下图是GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）结构剖面图，在GaN和氮化镓铝(AlGaN)层的界面处存在自发极化和压电极化，形成二维电子气(2DEG)。Epi通过种晶层在硅衬底上形成。先生长GaN和AlGaN的渐变层，然后生长纯GaN层。最后一层很薄的AlGaN形成2DEG。2DEG的电子迁移率非常高，因此得名。

当前的功率GaN FET有两个主流方向：增强型（E-Mode，单芯片常关器件）和耗尽型（D-Mode，双芯片常关器件）。目前E-Mode栅极有稳定性和漏电流的问题，而驱动双芯片常关（或者说共源共栅配置）的D-Mode器件则更简单并稳健。所以，对于可高达1 MHz开关频率的操作，共源共栅GaN FET最为适合。
氮化镓功率器件分为增强型（E-Mode）和耗尽型（D-Mode）两种，增强型是常关的器件，耗尽型是常开的器件。
目前，就主要玩家而言，松下、英飞凌、GaN Systems、EPC、GaN Power、英诺赛科、Navitas，以及成都氮矽等采用的是E-Mode设计；Transphorm、PI、TI、Nexperia、镓未来、以及大连芯冠等采用的是D-Mode设计。

结语