美国氮化镓半导体器件市场（2024-2030）

市场规模与趋势

美国2023年氮化镓半导体器件市场规模为7.113亿美元，预计2024年至2030年将以26.6%的复合年增长率(CAGR)增长。由于氮化镓相对于传统硅器件具有多种优势，其在汽车、军事与国防、航空航天和消费电子领域的利用率不断增加，这是推动该国市场扩张的主要因素。氮化镓（GaN）基半导体具有高热导、大电场、较高饱和速度和高击穿电压等动态电特性，使其成为各种开关器件的理想选择。此外，这些半导体有助于最大限度地减少开关和传导损耗，从而提高电子系统的效率。

2023年，美国在全球氮化镓半导体器件市场中占据27.80%的收入份额。该国电动汽车的日益普及已成为近年来市场扩张的另一个主要推动因素。根据Urban Science的报告，2023年电动汽车占该国整体市场份额的7.8%，其中旧金山等地区的采用率较高因此，对充电站和车载充电站等电动汽车供电设备的需求很大，这使得它们适合用于车载充电站的基于GaN的DC-DC转换器，这预示着市场的增长。

5G行业的良好发展进一步增强了该市场的增长前景。跨越美国的工业、商业和住宅领域，这导致了 GaN 半导体器件市场的更快发展。诺基亚和 AT&T 等主要电信公司正在积极参与旨在增加 GaN 在5G 基础设施（包括基站、发射器和数据中心）中使用的研发计划。 GaN器件更高的漏极效率使其适合用于5G网络基础设施； LDMOS 的漏极效率低于 50%，而 GaN 器件的漏极效率约为 60%。

近年来，随着人们对其巨大潜力的认识不断增强，一些知名组织已进入该市场。 GaN 半导体已证明二极管性能显着提高，且制造成本大幅下降。越来越多的公司，包括东芝公司、GaN Systems 和 Efficient Power Conversion Corporation，都专注于利用先进的GaN技术的开发。研究机构正在向各公司授予合同，以鼓励GaN基半导体生产工艺的发展，进一步推动该国市场的扩张。

市场集中度及特征

市场成长期较高，市场增长速度正在加快。半导体行业的持续增长旨在为最终用户提供在功能、尺寸和可持续性方面更有效的解决方案，预计将对美国氮化镓半导体器件行业的创新产生积极影响。 Navitas Semiconductor 于 2024 年 2 月推出了“GaNSafe”技术，该技术可提供更强的静电放电和电气过应力保护，从而在重要应用中实现稳健运行。此外，小型化趋势和量子点技术的引入光电氮化镓半导体领域的发展预计将进一步推动市场扩张。

业内多家知名企业的出现导致美国产品发布频率较高，特别是研究合作扩大了氮化镓半导体器件的应用范围。例如，2023 年 4 月，Efficient Power Conversion 通过推出两款额定电压为 200 V 和 100 V 的器件，扩大了其用于功率转换解决方案的抗辐射 GaN 产品组合，以满足太空和高可靠性应用的需求。另一项进展是，2023 年 9 月，GaN Systems 推出了先进的第四代 GaN（氮化镓）电力平台，以更好地服务数据中心、消费电子产品、汽车和太阳能等电力市场。这些发展正在推动美国的强劲增长。

在该国，监管环境对该行业的影响是温和的，大多数由于两国之间持续的贸易冲突，目前有关与中国半导体元件贸易的法规和准则。现任政府于 2022 年 8 月签署的《芯片和科学法案》预计将积极影响不同应用领域对 GaN 半导体的需求。

由于氮化镓被认为比硅具有更好的性能和效率特性，因此制造商迅速从硅器件转向 GaN 器件，特别是在电动汽车、可再生能源和数据中心领域。然而，硅的更广泛可用性和经济性以及已建立的制造能力方面存在挑战。氮化镓还面临来自碳化硅（SiC）的竞争，碳化硅是另一种宽带隙材料，更适合高功率和高压开关电源应用。

氮化镓半导体器件的需求es 在主要最终用途行业中不断增长，包括汽车、国防和航空航天、工业和电力以及医疗保健等。电动汽车行业在美国的日益普及预计将成为主要的增长动力。此外，该国还大力投资提高国防能力，凸显了在军事应用中更广泛使用 GaN 器件的必要性。消费电子产品采用的指数级增长提供了进一步的增长机会，因为与传统充电器相比，GaN 充电器被认为更小、更节能、充电速度更快。

产品洞察

就产品而言，光电半导体细分市场在 2023 年占据最大收入份额，达到 40.87%。光电半导体在通信、传感和充电等领域提供广泛的功能。数据传输，这加剧了他们的市场需求。它们还用于汽车领域适用于室内和室外照明以及汽车灯。 5G 基础设施的快速发展预计将带来巨大的增长机会，因为光纤中的光半导体有助于实现高速数据通信。 GaN光电半导体进一步应用于激光器、太阳能电池、LED、激光器和光电二极管等器件。 GaN LED 被认为是传统荧光灯和白炽灯照明技术的可行替代品。与此同时，基于 GaN 的激光器在医疗、汽车和工业领域得到应用，进一步推动了细分市场的增长。

预计到 2030 年，GaN 射频 (RF) 器件细分市场将以最快的复合年增长率发展。GaN 作为一种宽带隙材料，具有多种显着的电气和物理特性，例如高功率密度、高效率、高开关频率、优异的性能等。导热性好，击穿电压高。这个哈这导致其在高功率射频应用中得到广泛使用。除了功率放大器 (PA) 等传统射频应用之外，此类设备还被部署在军事和太空应用中。例如，在军用雷达中，GaN 已成为开发在不同千兆赫频段运行的固态发射器的重要解决方案，取代了速调管。随着美国对其军事和国防部门进行大量投资，预计市场增长将显着推进。

元件洞察

从元件来看，功率IC领域在美国氮化镓半导体器件市场中占据了相当大的份额。 GaN 功率 IC 将电力电子中的各种功能集成在单个芯片上，从而提高可靠性、速度、效率和成本效益。它们有“半桥”和“单”两种形式，可用于各种应用。ns，例如快速充电器、可再生能源、数据中心和电动汽车。美国公司正在改进汽车和电信行业的电源 IC 解决方案，推动细分市场的扩张。例如，2023 年 3 月，Efficient Power Conversion Corporation 推出了两款 100 V 功率级 IC，额定电流为 25 A (EPC23103) 和 15 A (EPC23104)，专为电机驱动、DC-DC 应用和 D 类音频放大器而设计。

整流器领域预计将在预测期内实现市场上最快的增长。 GaN整流器广泛用于承受高温环境。因此，它们主要用于各种消费电子产品以及军事和航空航天应用。此外，由于尺寸紧凑，大多数消费电子制造商更喜欢 GaN 整流器，而不是传统的硅 (Si) 整流器。

晶圆尺寸洞察

4 英寸细分市场占最大份额到 2023 年，它将在市场上占据第一的收入份额。美国半导体行业中 4 英寸晶圆的采用率有所提高，因为它们解决了 2 英寸晶圆带来的各种缺点。此外，大规模生产这些晶圆也提高了其成本效益。近年来，随着光电子器件、高功率放大器、高温器件等领域的长足进步，对4英寸晶圆GaN器件的需求不断增加。此外，这些晶圆非常适合软件定义无线电中使用的宽带 GaN 功率放大器。所有这些因素都决定了该细分市场的增长。

另一方面，8 英寸晶圆细分市场预计到 2030 年将以最快的复合年增长率发展。该晶圆的推出是为了动态地为硅基 GaN 晶体管和其他电子外围设备提供高瓦 GaN。采用 8 英寸晶圆的半导体有助于减少寄生电容活性高达90%。因此，与 4 英寸和 6 英寸晶圆相比，它们主要用于电力电子和化合物半导体器件，以实现更高的生产率和更高的工艺控制。使用 8 英寸晶圆制造的器件用于汽车应用，如收音机、音乐系统、V2V 通信系统、车载智能手机充电器和车内照明系统。由于技术进步，美国汽车行业的稳步扩张正在推动市场增长。

最终用途洞察

到 2023 年，信息和通信技术 (ICT) 领域在市场中占据最大的收入份额。由于政府的积极举措以及 AT&T、Verizon 和 T-Mobile 等主要电信服务提供商的存在，美国 5G 基础设施的迅速普及，带来了重大的市场增长。为国内GaN半导体器件产业带来增长机遇。高击穿电压、高热稳定性，并且 GaN 驱动器件提供的高电子迁移率使其适合在该领域使用。此外，这些设备还通过减少设备重量和尺寸以及更高的能源效率来提高5G基站性能。 Qorvo、NXP Semiconductors 和 Infineon Technologies 等知名公司推出了多种新颖产品，帮助 ICT 领域的市场扩张。

在美国政府为升级国家国防基础设施而进行的大量投资的帮助下，国防和航空航天领域预计到 2030 年将以最快的增长率发展。在这一领域使用 GaN 技术的原因是其具有更高的频率带宽、高传输功率以及在更小的占地面积中提供的高效率。这对其在下一代电子战、雷达和通信系统中的采用产生了积极影响。政府对国防组织的拨款也导致了这一领域的扩大s 部门。例如，2023 年 12 月，位于新罕布什尔州的 BAE Systems 微电子中心从美国商务部获得了 3500 万美元，用于增强其 GaN 能力。

美国主要氮化镓半导体器件公司洞察

恩智浦半导体；沃尔夫斯皮德公司；和东芝公司是美国氮化镓半导体器件行业的一些领先公司。

• NXP Semiconductors N.V. 是一家荷兰裔美国电子公司，总部位于德克萨斯州奥斯汀。该公司的产品组合主要包括射频、电源管理、模拟、安全、接口和数字处理产品。它拥有以氮化镓（GaN）为基础的与汽车应用相关的广泛产品，例如安全、电源管理、射频、安全汽车访问、媒体和音频处理以及车载网络。公司开设射频氮化镓2020 年 9 月在亚利桑那州钱德勒建成 150 毫米晶圆尺寸工厂，展示了其在该行业的领导地位。

• Wolfspeed, Inc. 总部位于北卡罗来纳州，开发和制造宽带隙半导体，专注于碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 材料和器件。该公司主要提供电力和射频应用产品，例如电源、逆变器、交通和无线系统。近年来，该公司不断推出新产品以获取更多收入份额，例如2017年推出的一系列GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）。该公司的生产设施位于美国亚利桑那州、北卡罗来纳州、阿肯色州和加利福尼亚州等。

涉足美国GaN半导体器件市场的其他知名和新兴企业包括高效电源转换公司；下一代电力系统；和 GaN 系统，

• Efficient Power Conversion 总部位于加利福尼亚州，是一家生产氮化镓 (GaN) 晶体管和 IC 的半导体公司。它开发 eGaN FET，使功率器件设计人员能够采用各种功率转换拓扑、降压/升压/PFC/反激/正激转换器或 LLC 转换器，以获得比硅供电 MOSFET 更高的性能。该公司参与产品发布和并购活动以推动其增长；最近的一个例子是 2021 年 2 月推出的 EPC9157，它将瑞萨电子 ISL 81806 与 EPC2218 eGAN 集成在一起。

最新进展

• 2024 年 2 月，EPC（高效功率转换）推出了一系列采用 EPC GaN FET 和 Analog Devices, Inc. 控制器的参考设计。通过使用后者的控制器和驱动器，EPC 氮化镓 FET 能够简化设计、降低冷却成本、提高效率并提高其在工业和计算等重要应用中使用的功率密度

• 2023 年 8 月，Wolfspeed, Inc. 宣布已就向 MACOM Technology Solutions Holdings, Inc. 出售其射频部门 Wolfspeed RF 达成协议。该业务包括广泛的技术和创新能力，以支持碳化硅基氮化镓 (GaN) 产品组合适合下一代电信基础设施以及军事和商业应用

• 2023 年 3 月，在旧金山举行的 APEC 2023 活动上isco 上，GaN Systems 推出了基于氮化镓的 11kW/800V 车载充电器的参考设计，与碳化硅晶体管相比，功率密度提高了 36%，材料成本降低了近 15%。其他值得注意的功能包括更低的半导体总功率损耗以及通过 IMS 接口实现的更好的热性能。该产品有望推动 GaN 在汽车行业的采用

• 2022 年 6 月，Qorvo 宣布已被美国国防部选中启动国内最先进 (SOTA) 射频氮化镓 (GaN) 项目（也称为 STARRY NITE）的高级集成互连和制造增长。通过该计划，Qorvo 将在国内大批量提供 90 nm GaN 代工工艺制造，同时为先进商业和无线通信系统开发创新解决方案

美国氮化镓半导体导管设备市场