化合物半導體應用領域廣泛，其核心地位將愈發(fā)凸顯

化合物半導體多指晶態(tài)無機化合物半導體，即是指由兩種或兩種以上元素以確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結構等半導體性質。它主要是包括砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化硅、氧化鋅等。

化合物半導體應用前景廣闊，市場規(guī)模持續(xù)擴大

化合物半導體是由兩種及以上元素構成的半導體材料，目前最常用的材料有GaAs、GaN以及SiC等，作為第二代和第三代半導體的主要代表，這種化合物半導體的技術特點是比硅材料，化合物半導體性能更加優(yōu)異，制作出的器件相對于硅器件具有更優(yōu)異的光電性能、高速、高頻、大功率、耐高溫和高輻射等特征。我國的光伏、風能、4G/5G移動通信、高速鐵路、電動汽車、智能電網(wǎng)、大數(shù)據(jù)/云計算中心、半導體照明等產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，這些都是化合物半導體大顯身手的應用領域。

多年以來，世界各國始終對化合物半導體保持高度重視，出臺相關政策支持本國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2017年美國、德國、歐盟、日本等國家和組織啟動了至少12項研發(fā)計劃，總計投入研究經(jīng)費達到6億美元。借助各國政府的大力支持，自從1965年第一支GaAs晶體管誕生以來，化合物半導體器件的制造技術取得了快速的進步，為化合物半導體的應用提供了堅實的基礎。目前，隨著ALD(原子層淀積)技術的逐漸成熟，化合物半導體HMET結構以及MOSFET結構的器件質量以及可靠性得到了極大的提升，進一步提高了化合物半導體材料在高頻高壓應用領域的市場占有率。未來隨著化合物半導體制造工藝的進一步提升，在邏輯應用方面取代傳統(tǒng)硅材料，從而等效延續(xù)摩爾定律成為了化合物半導體更為長遠的發(fā)展趨勢。

作為化合物半導體最主要的應用市場，射頻器件市場經(jīng)歷了2015年到2016年的緩慢發(fā)展，時至今日，隨著5G基站更新?lián)Q代以及設備小型化的巨大需求，全球射頻功率器件市場在2016年到2022年間將以9.8%的復合年增長率快速增長。市場規(guī)模有望從2016年的15億美元增長到2022年25億美元1。此外，隨著通信行業(yè)對器件性能的要求逐漸提高，GaN、GaAs等化合物半導體器件的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，傳統(tǒng)硅工藝器件逐漸被取代，預計到2025年，化合物半導體將占據(jù)射頻器件市場份額的80%以上。

化合物半導體產(chǎn)業(yè)鏈可主要分為晶圓制備、芯片設計、芯片制造以及芯片封測等環(huán)節(jié)，其中晶圓制備進一步細分為襯底制備和外延片制備兩部分。當前，化合物半導體產(chǎn)業(yè)多以IDM模式為主，即單一廠商縱向覆蓋芯片設計、芯片制造、到封裝測試等多個環(huán)節(jié)。然而，隨著襯底和器件制造技術的成熟和標準化，以及器件設計價值的提升，器件設計與制造分工的趨勢日益明顯。

光電器件、微波射頻、電力電子是目前主要應用領域

光電器件方面，主要應用包括太陽電池、半導體照明、激光器和探測器等?；?/span>GaAs的化合物半導體光伏電池有著比Si基光伏電池更高的效率和更好的耐溫性;紫色激光器用于制造大容量光盤制造、醫(yī)療消毒、熒光激勵光源等;藍光、綠光、紅光激光器實現(xiàn)激光電視顯示;普通非增益GaN紫外探測器涉及導彈預警、衛(wèi)星秘密通信、環(huán)境監(jiān)測、化學生物探測等領域。

在微波射頻方面，化合物半導體最主要的應用場景是射頻功率放大器，在移動通信、導航設備、雷達電子對抗以及空間通信等系統(tǒng)中是最為核心的組成部分，其性能直接決定了手機等無線終端的通訊質量。在全球5G通信發(fā)展迅速的背景下，移動通訊功率放大器的需求量將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，其中，終端側功率放大器將延續(xù)GaAs工藝，而在基站側，傳統(tǒng)的Si基LDMOS工藝將被有著更高承載功率、效率更具優(yōu)勢的GaN工藝所取代，以滿足基站小型化的需求。

在功率器件方面，化合物半導體主要應用于高壓開關器件，與傳統(tǒng)的Si工藝器件相比，化合物半導體器件具有更高的功率密度、更低的能量損耗和更好的高溫穩(wěn)定性。目前600V以上的高端功率器件解決方案均采用SiC材料，相比傳統(tǒng)Si基IGBT，能量損失可以降低50%。

化合物半導體因其良好的高頻高壓特性，在固態(tài)光源、微波射頻以及電力電子等方面有著不可替代的作用，未來隨著化合物半導體技術的進一步成熟，其核心地位將愈發(fā)凸顯，在摩爾定律即將走向終結的背景下，化合物半導體技術無疑為集成電路的發(fā)展開辟出一條全新的路徑。