来源：芝能汽车

随着台积电宣布退出氮化镓（GaN）代工业务，功率半导体产业格局正迎来新的转折点。

GaN器件在制造工艺、外延设备以及系统级设计方面与传统硅功率器件存在显著差异，这使得代工模式难以充分发挥优势。与之相对的是，具备全链路整合能力的IDM模式正逐渐成为GaN发展的核心驱动力。

以英飞凌为代表的企业正加速布局300毫米GaN工艺，并将系统层面的创新与制造环节深度结合，以应对未来的市场与技术挑战。

本文将从工艺细节与制造模式两方面分析GaN产业的新动向，并探讨这一转型背后的深层逻辑。

GaN制造工艺与技术演进

GaN功率器件与传统硅器件在制造上存在关键差异。其生产仍以硅晶圆为起点，但必须在其表面通过外延技术生长一层GaN材料。这一环节依赖金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备完成，决定了器件的性能与良率。

与硅不同，GaN层与硅衬底存在晶格失配和热膨胀差异，易导致应力集中和晶圆破裂，因此外延工艺需要大量工程优化。

在晶圆尺寸上，GaN最初主要依赖6英寸工艺，后逐步扩展至8英寸。

如今，行业的焦点集中在300毫米晶圆（12英寸）的量产上。采用更大尺寸晶圆意味着更高的单位产出率和更低的制造成本，但同时也带来新的工程挑战。

例如，在300毫米硅片上生长GaN层时，缺陷密度、应力控制以及裂纹抑制需要全新的工艺解决方案。MOCVD设备在这一环节起到关键作用，但目前能够稳定支持300毫米外延的设备仍然有限。

随着需求的提升，GaN 制造格局正在分化为两条路线：依赖代工厂的 Fabless + Foundry 模式，以及掌握全流程的 垂直整合 IDM 模式。两者各具优势，也面临不同挑战。

功率GaN器件大多采用 GaN-on-Si 工艺，兼顾成本与性能。但由于硅与氮化镓的晶格失配，需要复杂的应力释放外延结构来保证可靠性。

过去几年主流采用 6 英寸硅晶圆，如今正逐步过渡到 200 毫米，甚至有厂商探索 300 毫米，以进一步降低成本并提高良率。

在器件结构上，横向增强型（e-mode）HEMT 已成为主流。相比耗尽型（d-mode），其在功率应用中更易驱动，安全性也更高。技术突破集中在 p-GaN 栅极设计、集成驱动电路以及场板结构的优化。

同时，新型衬底如 Qromis 的 QST™、多晶 AlN、甚至金刚石材料正在探索中，以改善热性能与可靠性。

在代工厂模式下，Fabless 公司专注于设计与应用创新，而晶圆生产交由代工厂完成。这种模式可避免数十亿美元的巨额投资，降低进入门槛。更重要的是，许多 CMOS 产线只需有限改造即可支持 GaN-on-Si 工艺，使代工厂能够快速提供产能。

全球主要的 GaN 代工厂包括台积电（TSMC）、力积电（PSMC）、世界先进（VIS）、德国的 Xfab、美国的 Polar Semiconductor，以及格芯（GF）。外延供应商如住友化学、信越、Enriks Semiconductor 和 Qromis 则在晶圆材料层面发挥关键作用。

在代工厂生态中，最具代表性的 Fabless 公司是纳微半导体（Navitas）、EPC、VisIC、Cambridge GaN Devices（CGD）以及法国的 Wise-Integration。

这些企业依托代工厂的产能快速迭代产品，覆盖从 15 V 到 650 V 的电压区间，应用于消费电子、汽车和工业市场。

代工厂模式也有挑战，工艺差异化有限，Fabless 厂商难以通过制造形成壁垒。其次，代工厂需要权衡资源分配，例如台积电已宣布将在 2027 年退出 GaN 代工业务，将产能转向先进封装与 AI 芯片， GaN 在晶圆大厂优先级中的相对位置。

英飞凌正计划在2025年底前推出首批300毫米GaN样品，并在2026年实现规模化生产。这一目标背后的核心优势在于其沿用成熟的硅生产设备，从而在资本支出上获得显著节约。

通过将GaN工艺嵌入现有的大规模硅生产线上，英飞凌能够加速工艺迁移并缩短量产周期。这种策略不仅降低了成本，也提升了市场竞争力。

GaN制造的难点集中在外延层应力控制、设备适配与良率提升。随着300毫米工艺逐渐成熟，GaN的生产成本有望接近硅器件水平，为其在高压、高频功率电子领域的普及奠定基础。

Part 2

IDM模式与系统级创新

与代工模式不同，垂直整合的 IDM 厂商自建产线，掌握外延、工艺、设计与封装的全链路。这样不仅能深度优化工艺与器件设计匹配，还能在大规模量产时降低成本并提升产品差异化。

英飞凌（Infineon）是其中代表，其在奥地利和马来西亚建立了200毫米产线，并积极布局300毫米 GaN 晶圆。

英诺赛科（Innoscience）则在中国建设了全球最大 GaN-on-Si IDM，月产能达到 10,000 片200毫米晶圆。

德州仪器（TI）、Nexperia、瑞萨（通过收购Transphorm）等公司，也都在加快布局。

IDM 模式的另一大亮点是探索更前沿的 GaN-on-GaN 或垂直 GaN 技术。

相比横向 HEMT，垂直结构更适合高电压、大功率应用。Power Integrations 收购 Odyssey，安森美（onsemi）收购 NexGen，都是抢占这一潜在颠覆性技术的布局。

GaN制造的复杂性不仅体现在工艺上，更体现在设计、制造与应用之间的紧密耦合。与逻辑芯片不同，功率器件的性能高度依赖外延质量和封装方式，代工厂与客户之间的分工模式难以高效应对这些环节的协同需求。这也是台积电退出GaN市场的重要背景之一。

在IDM模式下，制造商不仅掌握晶圆生产能力，还能将器件设计、驱动电路以及应用方案整合到同一体系内。

例如，英飞凌在推进300毫米GaN工艺的同时，还在开发专用的栅极驱动器与控制芯片，以实现系统级的优化。这种方法能够在降低器件成本的同时，减少外围电路的复杂性，从而提升整体方案的性价比。

GaN器件未来的性能改进方向包括降低导通电阻、减少寄生电容以及实现更高的开关频率。这将推动高压双向开关等新型器件的诞生，使得系统拓扑更加灵活。

在这种趋势下，单纯依赖代工厂制造晶体管已不足以满足应用需求，必须通过系统层面的联合优化来释放GaN的真正潜力。

随着300毫米工艺逐渐成熟，IDM厂商在规模化生产中的成本优势将进一步放大。相比之下，代工厂即使能够提供晶圆制造服务，也难以覆盖设计、外延和系统优化的全链条，因此在竞争中处于劣势。

正因如此，GaN产业正在从传统的代工驱动模式，逐步向IDM主导模式过渡。IDM模式的核心价值在于全流程控制与系统级创新。这不仅能够提升产品的竞争力，也能够推动GaN器件在更多应用场景中落地，如快充电源、数据中心电源管理以及新能源汽车功率模块。

未来几年，GaN 制造格局或将出现以下趋势：

◎产能集中化：部分代工厂退出，留下少数专注 GaN 的晶圆厂，例如 Polar、VIS、GF。

◎IDM 扩张：英飞凌、英诺赛科、TI 等将凭借 200mm/300mm 产线逐步提升市场份额。

◎地域多元化：美国、欧洲、中国、印度和韩国的厂商都在积极布局，以应对地缘政治与供应链安全问题。

◎技术升级：从 GaN-on-Si 向 GaN-on-QST™、GaN-on-GaN、甚至金刚石衬底演进，推动器件电压等级和热性能突破。

◎应用下沉与扩展：从消费快充延伸到汽车主驱、数据中心电源、5G 通信和可再生能源。

GaN功率器件正处在从研发导入到大规模应用的关键阶段。台积电的退出显示出代工模式在这一领域的局限性，而英飞凌等厂商的300毫米工艺路线则展示了IDM模式的优势。

随着工艺难题逐步被攻克，GaN器件的成本有望与硅器件接近，加上系统级的创新应用，其市场潜力将被进一步释放。

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