英诺赛科：国产氮化镓（GaN）IDM企业的创新与追求

在国产氮化镓（GaN）初创公司中，英诺赛科以率先采用8英寸晶圆而闻名，其创始人骆薇薇女士多年在美国航空航天局（NASA）工作的耀眼背景也颇受瞩目。然而，该公司的发展历程中也充满挑战，无论技术研发、融资和投资建厂都非一帆风顺。

今年2月份，英诺赛科完成30亿元D轮融资。本轮融资由钛信资本领投，出资占比超过20%，也是投资金额最大的投资人。出于对英诺赛科及钛信资本的好奇，我搜索到一篇对钛信资本创始合伙人高毅辉的专访文章。成功上市的海光信息和华大智造背后都有他的身影，其投资逻辑就是专注于“龙头企业”或有可能成为龙头的“隐形冠军”。他对英诺赛科的6.5亿押注是否可以让这家第三代半导体IDM企业成为全球氮化镓市场的龙头？

带着好奇、疑惑和学习的心态，我最近专门去英诺赛科深圳公司办公室拜访了其首席营销官（CMO）冯雷博士。

英诺赛科首席营销官（CMO）冯雷博士

氮化镓（GaN）技术、应用及市场趋势

据集邦咨询（TrendForce）预测，2022年全球氮化镓（GaN）功率器件市场规模将达到2.61亿美元，并于2026年增长至17.68亿美元，年复合增长率高达61%。GaN在电源应用方面比传统的硅基半导体具有显著的优势，比如可大大降低寄生功率损耗；开关转换频率高（比硅器件快10倍），能在更高功率下实现更高能效等。基于GaN器件的电子产品设计还可以大大缩小尺寸和面积。

目前，GaN的主要应用领域为电子电力（电源等）、光电（LED照明、激光等），以及射频（通信基站等）。其中占比最高的是光电器件（约68%），例如蓝光，现在所有的半导体照明都开始采用氮化镓。另外，汽车ADAS/自动驾驶用的激光雷达也开始采用GaN器件；占比第二的是射频器件（即微波/毫米波器件，约20%），例如国内新装的5G基站大都采用氮化镓器件提升效率和降低功耗；占比第三的是大功率电力电子设备（约为10%），消费者市场已经流行起来的氮化镓充电器已经从30W、45W、60W升级到100W、120W甚至200W以上。而输变电系统、轨道交通、电动汽车和充电桩等都需要大功率、高效率的电力电子器件，宽禁带半导体尤其是GaN具有比其它半导体材料更为明显的优势。

全球首家八英寸氮化镓晶圆厂

成立于2015年的英诺赛科从一开始就直接采用8英寸晶圆，而不是当时国际厂商采用的主流6英寸晶圆。因此，英诺赛科成了全球第一家率先采用8英寸晶圆的氮化镓器件制造商。为什么敢于“第一个吃螃蟹”呢？冯雷指出，英诺赛科是100%投入做氮化镓的，要做就要专注，要做好就要领先。他总结道，之所以选择8英寸，主要基于以下几个考虑：

氮化镓技术要替代硅器件而得到广泛应用，只靠产品性能和可靠性是不够的。还需要解决三个痛点；

1. 首先是成本，合理的价格才能为电子业界所接受。相比6英寸，8英寸晶圆片可以获得的器件数量要多80%，理论上具有成本优势；
2. 其次，要具备大规模量产能力，以应对市场的爆发；
3. 最后，要确保器件供应链稳定。

公司创始人和高管团队意识到，只有扩大GaN 器件的产能并拥有自主可控的生产线，才有可能解决氮化镓功率电子器件在市场上进行大规模推广的三个痛点（价格、数量和供应安全）。目前，公司拥有两座8英寸硅基氮化镓生产基地，采用最先进的8英寸生产工艺，是全球产能最高的氮化镓器件厂商。其中珠海工厂的产能已经达到4k片/月，苏州工厂达到6k片/月，并且将继续扩大以满足爆发式增长的市场需求。

8英寸GaN-on-Si核心技术

谈及英诺赛科的核心技术，冯雷总结为以下三项：

第一是8英寸GaN-on-Si外延技术。氮化镓因为生长速率慢、反应副产物多，一般不直接作为衬底材料应用，而是需要以蓝宝石、硅、碳化硅作为衬底，通过外延生长制造器件。英诺赛科基于硅基衬底来生长氮化镓外延片，采用Aixtron MOCVD reactor G5+C设备来生产8英寸GaN-on-Si晶圆，以保证晶圆性能和产能满足要求。另外，公司还开发了专为优化高压（HV）和低压（LV）器件的8英寸GaN-on-Si外延缓冲技术，以便可以快速调整外延制程，适应特定的需求或应用。通过优化GaN-on-Si外延工艺，获得了均匀、无裂纹、低位错密度和低缺陷的外延晶圆，从而保证每月稳定的产能出货。

第二是8英寸GaN-on-Si器件技术。目前全球范围内，主要氮化镓厂商的晶圆尺寸仍为4英寸或6英寸，而英诺赛科所生产的8英寸GaN-on-Si晶圆每片器件数量比6英寸晶圆多80%，这对器件成本和产能有直接的影响。公司在生产线上配备了全新的8英寸制造设备，并开发出一个与硅兼容的工艺流程（如无金工艺、平整工艺、蚀刻工艺等）。虽然在工艺开发过程中遇到很多技术难题，但公司研发团队都逐一克服，而且还优化了工艺技术，扩大了工艺窗口等，以此来获得可大规模量产的工艺及更高晶圆的利用率。由于英诺赛科采用集芯片设计、外延生长、芯片制造、测试与失效分析于一体的IDM全产业链模式，可以很好地把控从外延到晶体管完成的整个制造流程，因此可以获得高于同行水平的晶圆产能效率和器件良率。英诺赛科GaN HEMT本质上是常关或增强型(E-mode)器件，因此不需要特殊驱动或封装设置。通过在AlGaN势垒上生长p-GaN层，沉积并图形化栅极金属，然后选择性地在AlGaN势垒上使用p-GaN层来实现常关。英诺赛科的E-mode HEMT具有非常低的特定导通电阻，而且在整个温度和电压范围内可实现极低的动态 RDS_ON ，这意味着在实际的功率开关应用中，器件的导通电阻不会增加。

第三是基于GaN的系统应用技术。英诺赛科从创立开始就非常重视系统级应用理解和设计的优化。为此英诺赛科在国内外设立了五个应用开发中心，由拥有多年丰富设计经验的工程团队从典型应用，设计辅助，问题定位等各方面为客户设计提供直接的支持。而系统工程师对客户应用的痛点的深入理解又保证了新产品的定义和引入能够直击市场需求。

主要产品及应用

据冯雷介绍，英诺赛科目前提供最广泛的高压HV GaN FET、低压LV GaN FET产品，并支持合作IC厂家的氮化镓晶圆产品等。此外，在一些特定的应用中希望GaN产品集成栅极驱动器以充分发挥其潜力。用于驱动英诺赛科GaN产品的驱动器有的是公司自己设计，有的来自合作伙伴，包括南芯、杰华特、昂宝，MPS、TI和NXP等。

基于GaN器件的应用参考设计也很多，下图列出了几个有代表性的应用设计，包括65-100W PD快充、200W LED驱动、200W电源适配器，以及激光雷达等。

谈及氮化镓的应用，PD充电器已经成为消费者所熟知的产品，这要归功于全球各大手机厂商的积极宣传，就连一向保守的苹果也开始销售氮化镓充电器。“其实充电器只是氮化镓应用的很小一部分，但这是教育市场及让电子工程师接受氮化镓的绝佳例证，”冯雷表示。LED照明、快充及无线充电，以及5G射频通信等领域已经在大量使用氮化镓器件，其它有潜力的应用还包括电机驱动、电动车电池管理系统（BMS）、激光雷达，以及数据中心服务器电源等。

数据中心和服务器市场尤其值得关注。冯雷透露，随着氮化镓新产品的面世，公司来自充电器市场的收入占比会逐渐降低。氮化镓产能基本可以满足今年和明年的需求，预计2024年后，氮化镓市场需求将开始快速增长，主要来自工业市场，数据中心和服务器应用市场。基于氮化镓48伏的数据中心供电架构与传统数据中心架构相比，功率可以提高4倍，在数据中心电源中体现出效率更高、体积小、功率密度更大的优势。目前主要数据中心和服务器供应商都已明确表示将氮化镓作为大功率电源的方向，这个技术路径基本上是不可能走回头路的。

此外，目前氮化镓功率器件成本也在下降，与硅基器件的差异已经从5-6倍降到非常接近的水平。更重要的是，基于氮化镓的设计可以减少电子产品设计的元器件数量或缩小面积/尺寸（比如电感器件），从而带来系统级的成本降低和设计收益，这需要电子产品设计工程师和厂商逐渐接受和认可，从“敢用，到会用，再到想用，爱用”。

未来展望

根据Trendforce 2021年数据，英诺赛科氮化镓功率产品在全球市场的占有率达到20%，跃升为全球第三。展望未来，冯雷表示英诺赛科的愿景是通过GaN来改变世界，目前看公司在氮化镓技术和制造方面的投入策略是正确的，接下来仍会继续加大晶圆产能，同时确保质量和可靠性，以保证持续稳定地为快速增长的应用市场提供具有竞争力的氮化镓产品。

英诺赛科公司目前有员工1500人，其中研发人员约500人，已经获得的专利有700多项。除了珠海、苏州和深圳外，公司还在台湾，日本，欧洲比利时、美国加州及韩国设有销售及技术支持中心。英诺赛科的目标是用硅基氮化镓赋能生活的方方面面，打造绿色高效新世界。

结语

在全球半导体产业链中，无论EDA、IP、高性能计算和处理芯片，以及先进工艺的晶圆代工，中国本土厂商跟行业领导者都有不小的差距。然而，在氮化镓和碳化硅等第三代半导体领域，国产厂商跟国际厂商的差距并不太大。英诺赛科直接从8英寸晶圆制造工艺切入氮化镓市场，其独有的IDM模式已经证明是成功的。相信以英诺赛科为代表的国产第三代半导体厂商通过自身的技术和设计努力，必将把握住第三代半导体带来的市场机遇，与国际厂商在同一个舞台上竞争。