从手机百瓦快充到数据中心电源，氮化镓（GaN）凭借高频、高效的优势，已成功颠覆了中低压功率世界。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，传统横向结构的GaN器件却显得力不从心。

近期，英国化合物半导体应用中心（CSA Catapult）发布白皮书，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”。与此同时，安森美等半导体巨头已推出商用样品，一场由垂直结构引领的功率半导体新变革正在加速到来。

横向GaN的天花板：高压之路的先天瓶颈

目前市场上主流的GaN器件均为横向结构（Lateral GaN HEMT），其电流在芯片表面横向流动。这种结构在提升耐压时，通常需要不断拉长栅极与漏极的距离，其直接后果是芯片面积大幅增加，成本急剧上升，而性能提升却进入瓶颈。更关键的是，商用横向GaN多在硅或碳化硅（SiC）等异质衬底上生长，其高缺陷密度（通常为10⁸–101⁰ cm⁻2）严重制约了器件在高压下的长期可靠性与寿命。因此，业界普遍认为，横向GaN在900V以上电压等级的竞争力有限，难以撼动SiC在电动汽车主逆变器等核心高压领域的主导地位。

垂直GaN的破局之道：用结构革新释放材料潜力

垂直GaN（Vertical 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优势：

1. 耐压与电流解耦：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. 缺陷密度大幅降低：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. 卓越的热管理和功率密度：垂直结构使得发热源更靠近衬底，散热效率更高。结合GaN材料本身的高频特性，垂直GaN能实现远超硅和SiC的功率密度与开关频率。

从实验室到生产线：商业化进程全面加速

技术突破正快速转化为商业产品。2025年10月，安森美半导体正式发布了基于GaN-on-GaN的垂直GaN功率器件，并向早期客户提供700V和1200V样品。安森美声称，其技术可将能量损耗降低近50%，器件体积比横向GaN缩小约三分之二。

这一进展并非孤例。行业整合早已开始：英飞凌于2023年收购GaN Systems；PI在2024年收购了垂直GaN公司Odyssey的资产。这些动作表明，主流厂商正在积极卡位，为高压GaN市场的爆发做准备。

重塑市场格局：哪些领域将率先变革？

随着消费电子快充市场逐渐成熟，GaN的增长逻辑已发生根本转变。其下一波增长动能，正从消费端向外扩散，逐步渗透到数据中心、汽车等更高功率、验证周期更长的场景中。垂直GaN的应用将遵循一个从高价值领域向主功率领域渗透的清晰路径：

• 数据中心：功率密度飙升与供电架构变革的核心

AI算力竞赛正推高数据中心功率密度，供电链路的损耗和散热成为核心难题。为此，数据中心供电架构正从传统的12V向48V乃至更高电压演进，以降低电流、提升效率。

GaN在其中的落地路径呈现“三段式”：首先是在“48V转12V”的中间总线转换器中规模化，核心价值是“把电源做小”；其次是面向GPU/CPU的“近芯片供电”，挑战系统级协同能力；未来则可能探索更高压的直流架构。这为垂直GaN提供了明确的、渐进式的应用入口。

• 汽车领域：规模与价值并行的双重赛道

汽车领域的GaN机会分为两类：车载电源是规模化的主线，而雷达射频前端则是高价值的细分赛道。

在车载电源方面（如OBC、DC-DC转换器），高频特性带来的体积优势和热设计空间，能转化为整车布置的灵活性。垂直GaN有望打造出更小、更轻、效率超过98%的主驱逆变器，直接提升车辆续航。

在雷达射频前端，GaN器件凭借其高频高功率特性，已成为激光雷达（LiDAR）等系统的关键组件，服务于高级驾驶辅助系统（ADAS）。

市场数据佐证了这一趋势。研究报告显示，包括GaN和SiC在内的宽禁带功率半导体市场正快速增长，预计到2026年将达到23.1亿美元，到2030年将增至54.5亿美元。

展望未来：挑战与无限可能

尽管前景广阔，垂直GaN的全面普及仍面临挑战。GaN衬底的成本、与现有供应链的融合、以及长期可靠性数据的积累，都是需要产业界共同攻克的课题。

然而，其技术方向已毋庸置疑。正如CSA Catapult所强调，垂直GaN代表了电力电子发展的必然趋势。GaN的未来增长，并非源于对硅或碳化硅的简单“替代”，而是基于材料特性差异的“系统分工重构”。在这个新的分工体系中，垂直GaN凭借其独特的高压、高频、高功率密度优势，将成为突破高压电力电子天花板的关键力量，与硅基、横向GaN、SiC等共同推动整个产业向更高效、更紧凑的未来演进。

文章来源：综合自星辰工业电子简讯、杰尼龟的半导体之家、协创微洞察、三代半食堂及网络公开信息