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特別關(guān)注 . 宏光半導(dǎo)體

近日，宏光半導(dǎo)體宣布，已成功生產(chǎn)出達(dá)到國(guó)際大廠(chǎng)高良率標(biāo)準(zhǔn)的6英寸氮化鎵(GaN)功率器件外延片，預(yù)期2023年第二季將開(kāi)始芯片試產(chǎn)，并于2024年初前開(kāi)始投產(chǎn)。

據(jù)了解，對(duì)比一般半導(dǎo)體企業(yè)需要約20個(gè)月才能完成外延片的調(diào)試生產(chǎn)工作，宏光半導(dǎo)體僅僅用了短短3個(gè)月的時(shí)間，便完成了生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)的調(diào)試，并形成產(chǎn)能和陸續(xù)展開(kāi)銷(xiāo)售。?????????????????

宏光半導(dǎo)體是如何超預(yù)期飛速發(fā)展的？

它為何全速加碼GaN外延片賽道？

第三代半導(dǎo)體GaN是否正迎來(lái)發(fā)展的歷史窗口期？

01 有錢(qián)、有人、有技術(shù)：拒絕小步慢跑

我們梳理了一下宏光半導(dǎo)體今年9月披露的最新業(yè)務(wù)進(jìn)展公告。資料顯示，宏光半導(dǎo)體成立于2010年，前身為宏光照明控股有限公司，秉持著對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展前景的信心，及對(duì)致力實(shí)現(xiàn)“碳中和”未來(lái)的決心，于2021年將業(yè)務(wù)拓展至第三代半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，并全速布局GaN產(chǎn)業(yè)鏈。

在研發(fā)投入方面，今年上半年，宏光半導(dǎo)體把更多資金投入到第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域。據(jù)中期業(yè)績(jī)報(bào)告顯示，其研發(fā)成本按年大幅增長(zhǎng)4.6倍至1,690萬(wàn)元。目前，宏光半導(dǎo)體已在深圳設(shè)立研發(fā)中心，用于加強(qiáng)材料和器件的設(shè)計(jì)、制作。此外，2021年，宏光半導(dǎo)體在徐州設(shè)立，面積逾 7,000 平方米的半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠(chǎng)，目前廠(chǎng)房正處于陸續(xù)添置機(jī)器階段，預(yù)計(jì)將于2024 年初開(kāi)始全面投產(chǎn)。

與此同時(shí)，宏光半導(dǎo)體的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型獲得資本市場(chǎng)的高度關(guān)注和青睞。今年7月，著名投資人李嘉誠(chéng)旗下長(zhǎng)實(shí)集團(tuán)現(xiàn)任執(zhí)董趙國(guó)雄，將宏光半導(dǎo)體的持股比例由4.88%增至5.15%；其后，世界光伏領(lǐng)軍企業(yè)協(xié)鑫集團(tuán)創(chuàng)辦人朱共山也入股宏光半導(dǎo)體并成為其主要戰(zhàn)略股東，與其在第三代半導(dǎo)體，尤其是芯片方面，達(dá)成戰(zhàn)略協(xié)同效應(yīng)合作。

除了大規(guī)模投入自主研發(fā)外，宏光半導(dǎo)體還積極招攬人才收歸麾下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)陣容相當(dāng)豪華，如其生產(chǎn)管理團(tuán)隊(duì)包括GaN半導(dǎo)體業(yè)務(wù)核心專(zhuān)家陳振博士、GaN HEMT器件設(shè)計(jì)和工藝制造核心專(zhuān)家Thomas Hu博士、以及半導(dǎo)體行業(yè)及晶圓代工技術(shù)及管理方面均具有豐富經(jīng)驗(yàn)的呂瑞霖先生和閔軍輝先生等。這些科研團(tuán)隊(duì)專(zhuān)家無(wú)一不是GaN與半導(dǎo)體領(lǐng)域的佼佼者。

宏光半導(dǎo)體在財(cái)報(bào)中提及，“基于市場(chǎng)對(duì)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品需求殷切，國(guó)策推動(dòng)下，甚具發(fā)展機(jī)遇?！币虍?dāng)前還屬于業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型期，今年上半年，GaN及其他半導(dǎo)體產(chǎn)品尚未為公司營(yíng)收作貢獻(xiàn)，但預(yù)計(jì)2023年將開(kāi)始提供收入貢獻(xiàn)。據(jù)研究報(bào)告預(yù)計(jì)，宏光半導(dǎo)體于2023年/24年的收入預(yù)料將分別按年上升150%/330%，至分別2.68億元/11.53億元。

小步慢跑，不是宏光半導(dǎo)體的風(fēng)格！從這些數(shù)據(jù)不難看出宏光半導(dǎo)體打算在GaN領(lǐng)域深度發(fā)展的決心。宏光半導(dǎo)體正全速加碼GaN快車(chē)道，未來(lái)冀實(shí)現(xiàn)國(guó)有替代技術(shù)突圍，目標(biāo)成為以半導(dǎo)體設(shè)計(jì)與制造為核心，集研發(fā)、制造、封測(cè)及銷(xiāo)售為一體的全產(chǎn)業(yè)鏈半導(dǎo)體整合設(shè)備生產(chǎn)模式（IDM）企業(yè)。

02 GaN有望進(jìn)入成長(zhǎng)爆發(fā)期

近些年，伴隨科技水平的迅猛發(fā)展，以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料，由于其寬帶隙、高電子飽和漂移速度、高熱導(dǎo)率、高擊穿電場(chǎng)等優(yōu)勢(shì)，是制備高功率密度、高頻率、低損耗電子器件的理想材料，可以更好地適用于 5G 技術(shù)及新能源汽車(chē)等領(lǐng)域。有見(jiàn)及此，國(guó)務(wù)院及工信部、科技部等多部門(mén)出臺(tái)了一系列扶持第三代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的利好政策，其中《“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確指出，SiC、GaN等寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展攻關(guān)是“十四五”時(shí)期的重要任務(wù)，并計(jì)劃在2021到2025年的五年之內(nèi)，舉全國(guó)之力，在教育、科研、開(kāi)發(fā)、融資、應(yīng)用等各個(gè)方面對(duì)第三代半導(dǎo)體發(fā)展提供廣泛支持，以期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)獨(dú)立自主。伴隨國(guó)策利好，第三代半導(dǎo)體行業(yè)有望迎來(lái)新一波爆發(fā)期。

GaN外延片 優(yōu)異性能蘊(yùn)藏巨大潛力

在以往的半導(dǎo)體材料中，硅(Si)是集成電路及半導(dǎo)體器件的主要材料，但這種傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體由于其自身物理性能不足，帶隙窄，擊穿電壓低，在高頻高功率器件的應(yīng)用上效果不佳。此外，受限于摩爾定律，已經(jīng)逐漸不適應(yīng)當(dāng)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求。GaN相較前兩代半導(dǎo)體材料具有更大的禁帶寬度和擊穿電壓，同時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性高，能夠耐高溫，耐腐蝕，因此在光電器件以及高頻高功率電子器件應(yīng)用上具有廣闊的前景。

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)，全球GaN元件市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)2026年將增長(zhǎng)到423億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為13.5%。而全球GaN外延片市場(chǎng)銷(xiāo)售額于2021年達(dá)到了4.2億美元，預(yù)計(jì)至2028年將達(dá)到15億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為21.2% (2022-2028)。

GaN是一種由氮和鎵結(jié)合而成的化合物，最開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管?；谄淠馨l(fā)藍(lán)光的性質(zhì)，用GaN材料制作的藍(lán)光、綠光LED以及激光二極管早已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。到目前為止，光電領(lǐng)域依然是GaN的傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)。宏光半導(dǎo)體轉(zhuǎn)型前是做照明的，其包括發(fā)光二極管LED燈珠在內(nèi)的照明產(chǎn)品享譽(yù)全球，這應(yīng)該也是它能成功轉(zhuǎn)型半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)鍵因素之一。

和其他半導(dǎo)體材料類(lèi)似，GaN產(chǎn)業(yè)鏈可以分為單晶襯底、外延片、器件設(shè)計(jì)、器件制造、封裝測(cè)試等幾個(gè)環(huán)節(jié)。襯底（substrate）是由半導(dǎo)體單晶材料制造而成的晶圓片，而外延片作為半導(dǎo)體原材料，位于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中主要部分之一。它是半導(dǎo)體的半制成品，透過(guò)后續(xù)加工技術(shù)最終生產(chǎn)成為芯片，是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的支撐性行業(yè)。

GaN外延片的制備方法

外延（epitaxy）是指在經(jīng)過(guò)切、磨、拋等仔細(xì)加工的單晶襯底（基片）上生長(zhǎng)一層有一定要求的、與襯底晶向相同的單晶層程。由于新生單晶層按襯底晶相延伸生長(zhǎng)，從而被稱(chēng)之為外延層（厚度通常為幾微米）。而長(zhǎng)了外延層的襯底便稱(chēng)為外延片（外延片=外延層+襯底）。

外延生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展于50年代末60年代初，當(dāng)時(shí)是為了制造高頻大功率器件，需要減小集電極串聯(lián)電阻，又要求材料能耐高壓和大電流，因此需要在低阻值襯底上生長(zhǎng)一層薄的高阻外延層。與 Si 材料不同，GaN 器件不能直接制作在單晶襯底上，必須在襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量外延材料，在外延層上制造各類(lèi)器件。

如上圖所示，從GaN基器件開(kāi)始，外延片的制備過(guò)程經(jīng)歷了外延片生長(zhǎng)、外延片清洗、外延片檢測(cè)，及外延片包裝共4道工序。

• 外延生長(zhǎng)：是利用化學(xué)氣相沉積的方式在拋光片上生長(zhǎng)一層或多層指定厚度的單晶層，透過(guò)摻入P型硼或N型磷的氣體來(lái)控制電阻率，并利用反應(yīng)溫度、外延氣體流速、中心及邊緣的溫度梯度的工藝調(diào)整，來(lái)調(diào)節(jié)電阻率、厚度均勻度、過(guò)渡區(qū)寬度、顆粒、缺陷（層錯(cuò)、滑移線(xiàn)、霧等）等關(guān)鍵參數(shù)的有效控制，保障了外延層質(zhì)量，滿(mǎn)足客戶(hù)制造工藝的要求。

• 外延片清洗：主要是去除硅片表面的各種污染物，例如：表面微塵顆粒、有機(jī)物、金屬等各種可能的污染。

• 外延片檢測(cè)：外延片以設(shè)備量測(cè)其電阻率、厚度、平坦度、翹曲度等物理特性值后進(jìn)行最終清洗，再以高精密度的設(shè)備檢測(cè)其表面微塵顆粒、有機(jī)物、金屬等缺陷項(xiàng)目，確保外延層質(zhì)量符合客戶(hù)需求。

• 外延片包裝：以硅片盒盛裝硅片后 ，經(jīng)由包裝制程于硅片盒外包裹PE袋及鋁箔袋，使其在保存及運(yùn)送途中，不會(huì)被環(huán)境、外力等因素破壞質(zhì)量。

又由于GaN極其穩(wěn)定，熔點(diǎn)約為 1700℃，具有高電離度，很難采用熔融的結(jié)晶技術(shù)制作GaN襯底，目前大部分GaN 基器件都是在異質(zhì)襯底（比如Si、SiC、藍(lán)寶石等）上生長(zhǎng) GaN 厚膜，然后通過(guò)剝離技術(shù)實(shí)現(xiàn)襯底和厚膜分離，將分離后的 GaN 厚膜做為外延用襯底。要想GaN 基器件性能接近理論值水平，就需要高質(zhì)量的 GaN 體單晶材料作為襯底。然而但原材料成本太高了！據(jù)了解，一片2英寸的氮化鎵GaN晶片，在國(guó)際市場(chǎng)上的售價(jià)就高達(dá)5000美元，而且一片難求。這也是為什么氮化鎵GaN外延片成本能占到整個(gè)氮化鎵GaN價(jià)值鏈的近50%的原因。

由于GaN器件直接在外延層制造，其品質(zhì)和良率幾乎決定了GaN器件產(chǎn)品的性能和良率。然而，目前市場(chǎng)上外延片的良率，據(jù)相關(guān)文章報(bào)道，大都僅僅在七到八成之間。而宏光半導(dǎo)體僅僅只用3個(gè)月的時(shí)間，其所制造的外延片良率已達(dá)國(guó)際大廠(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，足見(jiàn)宏光半導(dǎo)體技術(shù)團(tuán)隊(duì)的雄厚實(shí)力。面對(duì)著市場(chǎng)龐大的需求，宏光亦不敢怠慢，勢(shì)要把握當(dāng)前機(jī)遇，繼目前外延片投產(chǎn)后，預(yù)料2023年第二季芯片將開(kāi)始試產(chǎn)，至2023年第四季開(kāi)始正式集中投產(chǎn)。

03 看好新能源汽車(chē)，旨在國(guó)有替代技術(shù)突圍

宏光半導(dǎo)體公司管理層認(rèn)為GaN在新興應(yīng)用領(lǐng)域如新能源汽車(chē)行業(yè)有巨大的優(yōu)勢(shì)，期冀未來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)有替代技術(shù)突圍。據(jù)了解，GaN在新能源汽車(chē)領(lǐng)域主要有三種應(yīng)用，分別是車(chē)載充電器，用于給高壓電池充電；DC/DC轉(zhuǎn)換器，將來(lái)自高壓電池的電力轉(zhuǎn)換給汽車(chē)上其他電子設(shè)備；牽引驅(qū)動(dòng)或電機(jī)控制，可以用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

宏光半導(dǎo)體自去年將業(yè)務(wù)拓展至第三代半導(dǎo)體業(yè)務(wù)以來(lái)，其研發(fā)能力不斷增強(qiáng)，除了去年獲取六項(xiàng)關(guān)于充電站的快速充電蓄電池系統(tǒng)、充電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及充電模塊以及適用于電動(dòng)汽車(chē)充電站的快速充電設(shè)備的專(zhuān)利外，今年上半年亦申請(qǐng)注冊(cè)五個(gè)發(fā)明專(zhuān)利、一個(gè)實(shí)用新型以及一個(gè)外觀(guān)專(zhuān)利。

與此同時(shí)，過(guò)去一年，宏光半導(dǎo)體在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域動(dòng)作頻頻：不僅收購(gòu)了主要從事快速電池充電系統(tǒng)解決方案研發(fā)的GSR GO Holding Corporation，還投資了專(zhuān)注高電壓新能源汽車(chē)領(lǐng)域的以色列GaN相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商VisIC Technologies Ltd，以及專(zhuān)注民用產(chǎn)品領(lǐng)域的加拿大GaN技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者GaN Systems Inc。其中，VisIC具備德國(guó)電動(dòng)汽車(chē)供應(yīng)鏈資質(zhì)，并與世界領(lǐng)先汽車(chē)供應(yīng)商如 Mercedes Benz建立合作伙伴關(guān)系；而 GaN Systems更已突破高電流GaN功率半導(dǎo)體技術(shù)，深獲全球汽車(chē)、消費(fèi)者、工業(yè)及數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域客戶(hù)如BMW、蘋(píng)果和三星的認(rèn)可。宏光半導(dǎo)體作為他們的戰(zhàn)略投資者及潛在代工合作伙伴，有潛力在將來(lái)生產(chǎn)到車(chē)規(guī)級(jí)的GaN高功率芯片，甚至有機(jī)會(huì)打進(jìn)兩家巨頭的客戶(hù)合作供應(yīng)商名單之內(nèi)。

此外，宏光半導(dǎo)體還與中國(guó)泰坦、GUH Holdings Berhad、科通芯城集團(tuán)(現(xiàn)稱(chēng)“硬蛋創(chuàng)新”)、羅馬仕、鴻智電通等多家企業(yè)訂立了戰(zhàn)略及框架合作協(xié)議，以加快GaN的密集研發(fā)與技術(shù)應(yīng)用。其中，與協(xié)鑫集團(tuán)訂立的合作框議顯示，雙方擬于GaN功率芯片在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用展開(kāi)密切合作，將成立新能源合營(yíng)公司布局 GaN 芯片在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用，包括充電/換電技術(shù)及設(shè)備，儲(chǔ)能技術(shù)及其設(shè)施，分布式光伏逆變器等。宏光半導(dǎo)體將向合營(yíng)公司提供技術(shù)支持，共同開(kāi)發(fā)基于硅基功率芯片及第三代半導(dǎo)體之應(yīng)用產(chǎn)品，協(xié)鑫將基于其在新能源產(chǎn)業(yè)之領(lǐng)先地位及全面布局，協(xié)助宏光半導(dǎo)體及其合營(yíng)公司進(jìn)入新能源產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈?zhǔn)袌?chǎng)。

在終端市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，越來(lái)越多的GaN廠(chǎng)商開(kāi)始將電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)視為下一個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)。業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，基于GaN技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)上市時(shí)間估計(jì)將在2025年前后，汽車(chē)領(lǐng)域或?qū)⒊蔀镚aN大規(guī)模采用的主角。

04 總結(jié)

國(guó)產(chǎn)替代勢(shì)在必行！隨著國(guó)家政策支持、產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)新鏈以及下游產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)，第三代半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)及產(chǎn)品創(chuàng)新將不斷迎來(lái)突破。高速增長(zhǎng)和旺盛的市場(chǎng)需求使外延片生產(chǎn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率進(jìn)一步提高，整個(gè)半導(dǎo)體外延片行業(yè)呈現(xiàn)高景氣度并有望延續(xù)。未來(lái)寬禁帶半導(dǎo)體或?qū)⑹俏覈?guó)實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的重要方向。以國(guó)家第三代半導(dǎo)體硅基GaN領(lǐng)域龍頭英諾賽科（Innoscience）為例，是目前全球唯一同時(shí)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)GaN高、低壓芯片的IDM企業(yè)，于全球GaN功率市場(chǎng)廠(chǎng)商出貨市占率由2020年的6%攀升至2021年的20%，排名更躍升至全球第三，其IDM模式優(yōu)勢(shì)在GaN產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展中顯現(xiàn)實(shí)力，能夠推動(dòng)產(chǎn)品的快速迭代，提升性能同時(shí)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)GaN芯片的崛起。

對(duì)于宏光半導(dǎo)體而言，作為一家以IDM全產(chǎn)業(yè)鏈模式為目標(biāo)的港股企業(yè)，除享受?chē)?guó)家政策帶來(lái)的利好驅(qū)動(dòng)之外，香港政府未來(lái)亦會(huì)加大資源研發(fā)及制造第三代晶片。據(jù)了解，香港應(yīng)用科技研究院建議增撥資源，推動(dòng)國(guó)家半導(dǎo)體發(fā)展。在國(guó)產(chǎn)自主可控的宏觀(guān)環(huán)境下，第三代半導(dǎo)體迎來(lái)了廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)和國(guó)產(chǎn)替代機(jī)遇。宏光半導(dǎo)體憑藉在第三代半導(dǎo)體GaN制造方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以及強(qiáng)大科研技術(shù)團(tuán)隊(duì)及研發(fā)能力，相信不久將會(huì)有芯片面世，可加快實(shí)現(xiàn)芯片制造及產(chǎn)能落地，如期實(shí)現(xiàn)GaN增長(zhǎng)新動(dòng)力，為國(guó)產(chǎn)替代添上濃墨重彩的一筆！