前言：

消费快充让氮化镓走进大众视野，高电压正在把GaN推向真正的基础设施赛道。

从650V到900V，再到1200V甚至1700V，电压等级的每一次提升，都在为GaN打开全新的市场空间。

作者 | 方文三

图片来源 | 网络

结构革新：突破GaN高压化的物理边界

传统横向结构的GaN HEMT器件，凭借其优异的高频特性和低开关损耗，在650V及以下电压等级的消费电子、工业电源等领域已经站稳脚跟。

然而，当应用场景转向电动汽车主驱、可再生能源电网等1200V以上的高压主战场时，横向结构的局限性逐渐显现。

电流在芯片表面横向流动的设计，使得耐压能力与电流能力相互制约。

要提高耐压就必须增加栅漏间距，这会导致导通电阻上升和芯片面积增大，最终抵消GaN材料本身的性能优势。

英国化合物半导体应用中心发布的白皮书明确指出，GaN技术要真正进入高压领域，必须从横向走向垂直。

垂直GaN的核心变革在于电流传导路径，电流垂直贯穿整个芯片厚度，而非在表面横向流动，这一根本变化带来了三重决定性优势。

①耐压与电流实现解耦，耐压能力通过增加芯片垂直方向的"漂移层"厚度实现，而电流能力则通过扩大芯片面积实现，两者互不制约。

②采用GaN-on-GaN同质外延技术，可将缺陷密度降低至10³–10⁵ cm⁻²量级，为高压下的高可靠性和鲁棒性奠定了基础。

③垂直结构使得发热源更靠近衬底，散热效率显著提升，结合GaN材料本身的高频特性，能实现远超硅和SiC的功率密度与开关频率。

在垂直结构成为长期技术路线的同时，基于现有硅衬底的横向GaN高压化技术也在快速演进。

级联(Cascode)结构作为一种过渡性解决方案，已经在900V电压等级实现了商业化应用。

这种结构将高压耗尽型GaN HEMT与低压增强型硅MOSFET串联，利用硅MOSFET的开关来控制GaN器件的导通与关断，既保留了GaN的高频低损特性，又解决了常关型器件的驱动难题。

器件内部结构的精细化优化同样功不可没，场板技术通过在栅极和漏极之间引入额外的金属电极，有效分散了高压下的电场集中，显著提升了击穿电压。

IMEC的研究人员测试了多种场板组合，发现在18微米的栅极间距下，通过三层场板设计，器件在正负偏压下的硬击穿电压均突破了2000V，远超其1200V的额定工作电压。

超晶格缓冲层技术则通过周期性排列的AlGaN/AlN层对，创造出可控的势垒结构，在不增加缓冲层整体厚度的情况下，将击穿电压提升至1700V以上。

垂直GaN通常需要高质量GaN衬底，衬底价格昂贵，尺寸受限，缺陷密度控制难度高。

相比横向GaN利用成熟硅产线放量，垂直GaN更接近一条新产业链的重建。

这也是目前产业格局的微妙之处，横向GaN负责当下的商业化，垂直GaN承载更高电压的想象空间。

市场爆发：三大应用场景催生万亿级需求

Yole Group发布的《功率氮化镓2025》报告显示，功率氮化镓器件市场正以惊人的速度增长，从2024年的3.55亿美元增长到2030年的约30亿美元，复合年增长率高达42%，未来六年将实现六倍增长。

英飞凌发布的《2026年GaN技术展望》则预测，2025至2030年间的年复合增长率将达到44%，2026年其营收将达到9.2亿美元，较2025年增长58%。

这一快速增长的核心动力，来自AI数据中心、电动汽车和光伏储能三大应用场景的爆发式需求。

①AI数据中心正在成为高压GaN最大的增量市场，随着大模型训练和推理算力需求的指数级增长，单个AI服务器的功耗已经突破10kW，传统的220V交流配电架构难以满足如此高密度的电力供应需求。

800V高压直流(HVDC)架构凭借其更低的线路损耗、更高的供电效率和更简单的系统设计，正在成为新一代AI数据中心的标准配置。

这一转变为高压GaN器件带来了前所未有的机遇，Navitas推出的10kW DC-DC平台，利用650V与100V的GaNFast FET技术，实现高达98.5%的峰值效率，大幅优化AI工厂的能源利用率。

德州仪器携手英伟达推出的革命性800V直流电源解决方案，将高压直流电至处理器核心的转换路径简化为仅需两级，峰值效率高达97.6%，功率密度突破2000W/in³。

英诺赛科的800V-to-50V全氮化镓电源模块方案，已成功完成Google AI硬件平台的设计导入，并签订合规供货协议，预期2026-2027年相关高压架构进入量产阶段。

行业预测显示，到2028年，高压GaN器件在数据中心电源市场的渗透率将达到40%以上。

AI服务器的功率密度正在快速上升，传统供电架构遇到效率、散热和线缆损耗压力。

行业开始探索从市电输入到机柜母线、从机柜到板级电源的全链路重构。

在这条链路中，GaN可能进入多个位置。

AI数据中心对GaN的价值还会带来一套更严格的认证体系：长时间满载运行、冗余电源、热插拔、电磁兼容、浪涌保护、故障隔离、系统级安全。

通过这些场景锤炼出来的GaN方案，再进入工业、汽车和能源市场，会更有说服力。

②电动汽车领域是高压GaN的另一重要战场，随着800V高压平台成为中高端电动车的标配，车载充电机(OBC)和DC-DC转换器对功率密度和效率的要求不断提高。

GaN器件凭借其高频特性，能够显著减小变压器、电感等无源元件的体积和重量，同时提升系统效率。

GaN Systems已经推出了9.6kW EV DC/DC转换器、7.2kW EV OBC等产品，成为车用氮化镓功率元件领域的领先者。

英飞凌的高压GaN双向开关采用变革性的共漏极设计与双栅极结构，能够实现能量的双向流动，特别适合电动汽车的V2G(车到电网)应用场景。

华灿光电的车载充电机采用单级矩阵变换器技术，体积缩小40%，效率提升至98%以上。

虽然目前GaN在电动汽车主驱逆变器领域仍面临SiC的激烈竞争，但在OBC、DC-DC转换器等辅助电源系统中，GaN已经展现出明显的成本和性能优势。

最快导入的通常是车载充电机和DC/DC转换器，OBC关注效率和体积，GaN可以用高频降低磁性元件尺寸，让充电模块更轻、更紧凑。

DC/DC转换器连接高压电池与12V、48V低压系统，效率提升会直接影响热设计和整车能耗。

车载激光雷达、座舱、电动压缩机、热管理执行器等辅助电源，也具备GaN切入空间。

主驱逆变器是更远的目标，800V平台下SiC MOSFET已经建立强势地位，GaN要进入主驱，需要解决高压、高电流、短路承受能力、热稳定性和封装可靠性等一系列问题。

部分企业尝试通过多电平逆变器让650V GaN参与牵引系统，这条路线有技术想象力，也有系统复杂度。

它更像一个逐步验证的方向，短期内不会改变SiC在主驱高压平台中的主流位置。

③光伏储能市场为高压GaN提供了广阔的应用空间，随着光伏电站规模的不断扩大和储能系统的普及，系统电压等级正在从1000V向1500V甚至更高提升。

微型逆变器、功率优化器、储能辅助电源、工商业储能PCS、通信电源、UPS，都适合高频化和小型化。

工业市场的价值在于稳定而分散，伺服驱动、机器人电源、自动化设备、电机控制、固态继电器、智能电表、轨旁辅助电源，都可能逐步导入GaN。

这里的增长不会像消费快充那样爆发，却会形成更长的产品周期和更稳的利润结构。

企业格局：国际巨头领跑，中国企业加速追赶

英飞凌是全球功率半导体巨头中动作最清晰的一家，收购GaN Systems后，英飞凌补齐了GaN产品和客户资源，又宣布实现300mm功率GaN晶圆技术。

300mm晶圆的意义在于降低单位芯片成本，并借助成熟硅产线基础设施提升规模化能力。

其路线是用大厂制造、质量体系和客户认证能力，把GaN从新兴器件推向主流功率平台。

瑞萨的路径来自Transphorm，Transphorm长期深耕高压GaN，积累了650V SuperGaN产品、应用方案和可靠性数据。

被瑞萨收购后，这条路线可以接入瑞萨在汽车、工业、能源和控制芯片上的客户网络。

瑞萨近期推出650V GaN双向开关，也说明其关注点正在从单颗开关器件转向系统级拓扑创新。

Power Integrations选择的是高压集成路线，它的PowiGaN产品已经覆盖750V、900V、1250V、1700V等电压等级，并主要嵌入离线电源IC中。

这个策略并不追求让客户自己处理所有高压GaN驱动细节，而是把高压开关、控制和保护整合起来，面向工业、光伏、汽车辅助电源、AI数据中心800V DC辅助供电等场景。

这条路线适合高压离线电源，也避开了部分裸GaN器件导入难度。

TI的策略是把GaN做成系统工程师更容易使用的功率级，它的650V集成GaN产品强调内置驱动、保护和高可靠性，应用重点覆盖数据中心、可再生能源、工业和车载充电。

TI的优势还在模拟芯片、驱动、电源控制、客户应用支持的完整生态，GaN进入高压高可靠场景时，这类系统能力会放大。

Navitas则在GaN与SiC组合方案上非常积极。它一方面推出650V GaNSafe等产品，强调保护、检测和高可靠性。

另一方面在AI数据中心电源中把GaN和SiC组合使用，形成从高压前端到高频转换的方案。

它的叙事很明确，SiC处理高压大功率位置，GaN处理高频高密度转换位置，两者在AI电源链路里协同。

ROHM通过EcoGaN切入AI服务器电源，村田5.5kW AI服务器电源模块采用ROHM 650V GaN HEMT，说明日本功率器件厂商也在围绕高密度服务器电源布局。

ROHM本身在SiC领域积累深厚，GaN产品更像对中高频电源市场的补充。

ST的MasterGaN强调集成化，把GaN晶体管与驱动器封装在一起，降低客户使用门槛。与英诺赛科合作后，ST也获得了更灵活的GaN制造与供应链选项。

Nexperia、Cambridge GaN Devices则围绕650V车规GaN和高可靠应用推进。

onsemi一边通过与英诺赛科合作切入GaN-on-Si，一边公开讨论垂直GaN的潜力，试图为下一代高压GaN预留位置。

再往前看，Vertical Semiconductor等初创企业把垂直GaN瞄准AI服务器电源，说明资本和产业都在寻找更高电压GaN的远期答案。

这些新路线距离大规模商业化仍有距离，却可能在某些高压、高功率密度、高可靠应用里打开新的工艺分支。

中国本土企业正在加速追赶，在高压GaN领域取得了一系列重要突破。

英诺赛科代表中国GaN产业的规模化打法，它依托8英寸GaN-on-Si产线，形成从低压到高压的产品组合，并公开覆盖15V至1200V范围。

英诺赛科的优势在于制造规模、产品线完整度和成本潜力，与ST签署GaN技术开发及制造合作协议，又与onsemi签署战略合作备忘录，说明国际大厂也在评估中国GaN制造能力在全球供应链中的位置。

在NVIDIA GTC 2026大会上，英诺赛科展示的800V-to-50V全氮化镓电源模块方案，成为超过半数NVIDIA合作伙伴的核心选择，单个GW级AI数据中心的GaN潜在价值高达1.8亿美元。

华润微电子整合润新后，进一步掌握了GaN核心技术及全产业链布局，当前以6英寸为主，并启动8英寸同步研发。

除了已经推向市场的d-mode cascode 650V/900V产品，更多e-mode 650V、100V产品的研发也在同步有序进行。

士兰微、扬杰科技、华灿光电等企业也在积极推进高压GaN产品的研发和量产，形成了各具特色的技术路线和产品布局。

结尾：

高电压给GaN带来的新机会，表面是器件电压等级提升，深层是电源架构变化带来的位置重估。

这条路不会轻松，高压意味着更强电场、更严苛可靠性、更复杂封装、更漫长认证，也意味着客户容错率更低。

能走出来的企业，必须同时具备材料外延、器件结构、驱动保护、封装散热、系统方案和规模制造能力。

部分资料参考：Yole Group：《从充电器到数据中心：功率GaN市场预计到2030年将实现六倍快速增长》，英飞凌：《2026年GaN技术展望》，电子工程世界：《台积电改写GaN格局》，36氪《功率氮化镓市场，迎来黄金时代》，Power Integrations：《面向下一代AI数据中心的PowiGaN》