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前言：

消費快充讓氮化鎵走進大眾視野，高電壓正在把GaN推向真正的基礎設施賽道。

從650V到900V，再到1200V甚至1700V，電壓等級的每一次提升，都在為GaN打開全新的市場空間。

作者| 方文三

圖片來源 | 網絡

結構革新：突破GaN高壓化的物理邊界

傳統橫向結構的GaN HEMT器件，憑借其優異的高頻特性和低開關損耗，在650V及以下電壓等級的消費電子、工業電源等領域已經站穩腳跟。

然而，當應用場景轉向電動汽車主驅、可再生能源電網等1200V以上的高壓主戰場時，橫向結構的局限性逐漸顯現。

電流在芯片表面橫向流動的設計，使得耐壓能力與電流能力相互制約。

要提高耐壓就必須增加柵漏間距，這會導致導通電阻上升和芯片面積增大，最終抵消GaN材料本身的性能優勢。

英國化合物半導體應用中心發布的白皮書明確指出，GaN技術要真正進入高壓領域，必須從橫向走向垂直。

垂直GaN的核心變革在于電流傳導路徑，電流垂直貫穿整個芯片厚度，而非在表面橫向流動，這一根本變化帶來了三重決定性優勢。

①耐壓與電流實現解耦，耐壓能力通過增加芯片垂直方向的"漂移層"厚度實現，而電流能力則通過擴大芯片面積實現，兩者互不制約。

②采用GaN-on-GaN同質外延技術，可將缺陷密度降低至103–10? cm?2量級，為高壓下的高可靠性和魯棒性奠定了基礎。

③垂直結構使得發熱源更靠近襯底，散熱效率顯著提升，結合GaN材料本身的高頻特性，能實現遠超硅和SiC的功率密度與開關頻率。

在垂直結構成為長期技術路線的同時，基于現有硅襯底的橫向GaN高壓化技術也在快速演進。

級聯(Cascode)結構作為一種過渡性解決方案，已經在900V電壓等級實現了商業化應用。

這種結構將高壓耗盡型GaN HEMT與低壓增強型硅MOSFET串聯，利用硅MOSFET的開關來控制GaN器件的導通與關斷，既保留了GaN的高頻低損特性，又解決了常關型器件的驅動難題。

器件內部結構的精細化優化同樣功不可沒，場板技術通過在柵極和漏極之間引入額外的金屬電極，有效分散了高壓下的電場集中，顯著提升了擊穿電壓。

IMEC的研究人員測試了多種場板組合，發現在18微米的柵極間距下，通過三層場板設計，器件在正負偏壓下的硬擊穿電壓均突破了2000V，遠超其1200V的額定工作電壓。

超晶格緩沖層技術則通過周期性排列的AlGaN/AlN層對，創造出可控的勢壘結構，在不增加緩沖層整體厚度的情況下，將擊穿電壓提升至1700V以上。

垂直GaN通常需要高質量GaN襯底，襯底價格昂貴，尺寸受限，缺陷密度控制難度高。

相比橫向GaN利用成熟硅產線放量，垂直GaN更接近一條新產業鏈的重建。

這也是目前產業格局的微妙之處，橫向GaN負責當下的商業化，垂直GaN承載更高電壓的想象空間。

市場爆發：三大應用場景催生萬億級需求

Yole Group發布的《功率氮化鎵2025》報告顯示，功率氮化鎵器件市場正以驚人的速度增長，從2024年的3.55億美元增長到2030年的約30億美元，復合年增長率高達42%，未來六年將實現六倍增長。

英飛凌發布的《2026年GaN技術展望》則預測，2025至2030年間的年復合增長率將達到44%，2026年其營收將達到9.2億美元，較2025年增長58%。

這一快速增長的核心動力，來自AI數據中心、電動汽車和光伏儲能三大應用場景的爆發式需求。

①AI數據中心正在成為高壓GaN最大的增量市場，隨著大模型訓練和推理算力需求的指數級增長，單個AI服務器的功耗已經突破10kW，傳統的220V交流配電架構難以滿足如此高密度的電力供應需求。

800V高壓直流(HVDC)架構憑借其更低的線路損耗、更高的供電效率和更簡單的系統設計，正在成為新一代AI數據中心的標準配置。

這一轉變為高壓GaN器件帶來了前所未有的機遇，Navitas推出的10kW DC-DC平臺，利用650V與100V的GaNFast FET技術，實現高達98.5%的峰值效率，大幅優化AI工廠的能源利用率。

德州儀器攜手英偉達推出的革命性800V直流電源解決方案，將高壓直流電至處理器核心的轉換路徑簡化為僅需兩級，峰值效率高達97.6%，功率密度突破2000W/in3。

英諾賽科的800V-to-50V全氮化鎵電源模塊方案，已成功完成Google AI硬件平臺的設計導入，并簽訂合規供貨協議，預期2026-2027年相關高壓架構進入量產階段。

行業預測顯示，到2028年，高壓GaN器件在數據中心電源市場的滲透率將達到40%以上。

AI服務器的功率密度正在快速上升，傳統供電架構遇到效率、散熱和線纜損耗壓力。

行業開始探索從市電輸入到機柜母線、從機柜到板級電源的全鏈路重構。

在這條鏈路中，GaN可能進入多個位置。

AI數據中心對GaN的價值還會帶來一套更嚴格的認證體系：長時間滿載運行、冗余電源、熱插拔、電磁兼容、浪涌保護、故障隔離、系統級安全。

通過這些場景錘煉出來的GaN方案，再進入工業、汽車和能源市場，會更有說服力。

②電動汽車領域是高壓GaN的另一重要戰場，隨著800V高壓平臺成為中高端電動車的標配，車載充電機(OBC)和DC-DC轉換器對功率密度和效率的要求不斷提高。

GaN器件憑借其高頻特性，能夠顯著減小變壓器、電感等無源元件的體積和重量，同時提升系統效率。

GaN Systems已經推出了9.6kW EV DC/DC轉換器、7.2kW EV OBC等產品，成為車用氮化鎵功率元件領域的領先者。

英飛凌的高壓GaN雙向開關采用變革性的共漏極設計與雙柵極結構，能夠實現能量的雙向流動，特別適合電動汽車的V2G(車到電網)應用場景。

華燦光電的車載充電機采用單級矩陣變換器技術，體積縮小40%，效率提升至98%以上。

雖然目前GaN在電動汽車主驅逆變器領域仍面臨SiC的激烈競爭，但在OBC、DC-DC轉換器等輔助電源系統中，GaN已經展現出明顯的成本和性能優勢。

最快導入的通常是車載充電機和DC/DC轉換器，OBC關注效率和體積，GaN可以用高頻降低磁性元件尺寸，讓充電模塊更輕、更緊湊。

DC/DC轉換器連接高壓電池與12V、48V低壓系統，效率提升會直接影響熱設計和整車能耗。

車載激光雷達、座艙、電動壓縮機、熱管理執行器等輔助電源，也具備GaN切入空間。

主驅逆變器是更遠的目標，800V平臺下SiC MOSFET已經建立強勢地位，GaN要進入主驅，需要解決高壓、高電流、短路承受能力、熱穩定性和封裝可靠性等一系列問題。

部分企業嘗試通過多電平逆變器讓650V GaN參與牽引系統，這條路線有技術想象力，也有系統復雜度。

它更像一個逐步驗證的方向，短期內不會改變SiC在主驅高壓平臺中的主流位置。

③光伏儲能市場為高壓GaN提供了廣闊的應用空間，隨著光伏電站規模的不斷擴大和儲能系統的普及，系統電壓等級正在從1000V向1500V甚至更高提升。

微型逆變器、功率優化器、儲能輔助電源、工商業儲能PCS、通信電源、UPS，都適合高頻化和小型化。

工業市場的價值在于穩定而分散，伺服驅動、機器人電源、自動化設備、電機控制、固態繼電器、智能電表、軌旁輔助電源，都可能逐步導入GaN。

這里的增長不會像消費快充那樣爆發，卻會形成更長的產品周期和更穩的利潤結構。

企業格局：國際巨頭領跑，中國企業加速追趕

英飛凌是全球功率半導體巨頭中動作最清晰的一家，收購GaN Systems后，英飛凌補齊了GaN產品和客戶資源，又宣布實現300mm功率GaN晶圓技術。

300mm晶圓的意義在于降低單位芯片成本，并借助成熟硅產線基礎設施提升規模化能力。

其路線是用大廠制造、質量體系和客戶認證能力，把GaN從新興器件推向主流功率平臺。

瑞薩的路徑來自Transphorm，Transphorm長期深耕高壓GaN，積累了650V SuperGaN產品、應用方案和可靠性數據。

被瑞薩收購后，這條路線可以接入瑞薩在汽車、工業、能源和控制芯片上的客戶網絡。

瑞薩近期推出650V GaN雙向開關，也說明其關注點正在從單顆開關器件轉向系統級拓撲創新。

Power Integrations選擇的是高壓集成路線，它的PowiGaN產品已經覆蓋750V、900V、1250V、1700V等電壓等級，并主要嵌入離線電源IC中。

這個策略并不追求讓客戶自己處理所有高壓GaN驅動細節，而是把高壓開關、控制和保護整合起來，面向工業、光伏、汽車輔助電源、AI數據中心800V DC輔助供電等場景。

這條路線適合高壓離線電源，也避開了部分裸GaN器件導入難度。

TI的策略是把GaN做成系統工程師更容易使用的功率級，它的650V集成GaN產品強調內置驅動、保護和高可靠性，應用重點覆蓋數據中心、可再生能源、工業和車載充電。

TI的優勢還在模擬芯片、驅動、電源控制、客戶應用支持的完整生態，GaN進入高壓高可靠場景時，這類系統能力會放大。

Navitas則在GaN與SiC組合方案上非常積極。它一方面推出650V GaNSafe等產品，強調保護、檢測和高可靠性。

另一方面在AI數據中心電源中把GaN和SiC組合使用，形成從高壓前端到高頻轉換的方案。

它的敘事很明確，SiC處理高壓大功率位置，GaN處理高頻高密度轉換位置，兩者在AI電源鏈路里協同。

ROHM通過EcoGaN切入AI服務器電源，村田5.5kW AI服務器電源模塊采用ROHM 650V GaN HEMT，說明日本功率器件廠商也在圍繞高密度服務器電源布局。

ROHM本身在SiC領域積累深厚，GaN產品更像對中高頻電源市場的補充。

ST的MasterGaN強調集成化，把GaN晶體管與驅動器封裝在一起，降低客戶使用門檻。與英諾賽科合作后，ST也獲得了更靈活的GaN制造與供應鏈選項。

Nexperia、Cambridge GaN Devices則圍繞650V車規GaN和高可靠應用推進。

onsemi一邊通過與英諾賽科合作切入GaN-on-Si，一邊公開討論垂直GaN的潛力，試圖為下一代高壓GaN預留位置。

再往前看，Vertical Semiconductor等初創企業把垂直GaN瞄準AI服務器電源，說明資本和產業都在尋找更高電壓GaN的遠期答案。

這些新路線距離大規模商業化仍有距離，卻可能在某些高壓、高功率密度、高可靠應用里打開新的工藝分支。

中國本土企業正在加速追趕，在高壓GaN領域取得了一系列重要突破。

英諾賽科代表中國GaN產業的規模化打法，它依托8英寸GaN-on-Si產線，形成從低壓到高壓的產品組合，并公開覆蓋15V至1200V范圍。

英諾賽科的優勢在于制造規模、產品線完整度和成本潛力，與ST簽署GaN技術開發及制造合作協議，又與onsemi簽署戰略合作備忘錄，說明國際大廠也在評估中國GaN制造能力在全球供應鏈中的位置。

在NVIDIA GTC 2026大會上，英諾賽科展示的800V-to-50V全氮化鎵電源模塊方案，成為超過半數NVIDIA合作伙伴的核心選擇，單個GW級AI數據中心的GaN潛在價值高達1.8億美元。

華潤微電子整合潤新后，進一步掌握了GaN核心技術及全產業鏈布局，當前以6英寸為主，并啟動8英寸同步研發。

除了已經推向市場的d-mode cascode 650V/900V產品，更多e-mode 650V、100V產品的研發也在同步有序進行。

士蘭微、揚杰科技、華燦光電等企業也在積極推進高壓GaN產品的研發和量產，形成了各具特色的技術路線和產品布局。

結尾：

高電壓給GaN帶來的新機會，表面是器件電壓等級提升，深層是電源架構變化帶來的位置重估。

這條路不會輕松，高壓意味著更強電場、更嚴苛可靠性、更復雜封裝、更漫長認證，也意味著客戶容錯率更低。

能走出來的企業，必須同時具備材料外延、器件結構、驅動保護、封裝散熱、系統方案和規模制造能力。

部分資料參考：Yole Group：《從充電器到數據中心：功率GaN市場預計到2030年將實現六倍快速增長》，英飛凌：《2026年GaN技術展望》，電子工程世界：《臺積電改寫GaN格局》，36氪《功率氮化鎵市場，迎來黃金時代》，Power Integrations：《面向下一代AI數據中心的PowiGaN》

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