第三代半导体材料迎来最强爆发风口
以砷化镓 (GaAs) 材料为代表的第二代半导体和以氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 为主的第三代半导体可以统称为化合物半导体。
化合物半导体因其优异的性能，广泛应用于5G、光伏、军工装备、消费电子、智能电网、新能源汽车等领域，具有广阔的应用前景。
目前，国内市场还处于起步阶段。由于各种新的市场需求，未来化合物半导体材料有望进入快速增长期。
与硅材料相比，化合物半导体材料在性能和能带上具有很大的优势，例如高电子迁移率、高频、高功率、高线性、宽带宽、材料选择多样化、电阻辐射使化合物半导体应用居多专注于射频器件、光电器件和功率器件。
化合物半导体一般具有直接带隙结构，带隙较大，电子饱和漂移速度较高。制成的半导体器件具有光电性能优良、高速、高频、大功率、耐高温、高耐辐射等特点，具有应用于光电器件、射频器件和电力电子器件的先天优势。与半导体材料相比，其发展潜力巨大。
5G 时代传输速度的增长需要基带和射频芯片来增加大数据量的接收和处理能力，同时平衡功耗性能。化合物半导体可支持高频大功率应用，且效率高。它是射频芯片的最佳材料。
第二代半导体材料砷化镓（GaAs）是目前最成熟的化合物半导体技术。与硅相比，砷化镓具有宽带隙、直接带隙和高电子迁移率的特点，适用于生产高速、高频、大功率和发光电子器件。
砷化镓的主要应用在通信领域，包括光纤通信、卫星通信、微波通信等领域。 GaAs制成的功率放大器（PA）是手机的重要组成部分。此外，GaAs 制造的器件抗电辐射能力强，工作温度范围宽，可以适应恶劣的工作条件，提高器件的可靠性。
砷化镓射频器件产业链包括上游衬底和外延环节、中游器件和模块制造环节、下游应用环节。
砷化镓产业链：
由于GaAs工艺PA技术门槛高，PA市场集中度非常高。 PA的主要设计公司包括Skyworks、Qorvo和Avago。
GaAs晶圆代工厂主要是台湾的Winmao Semiconductor、鸿捷科技和美国的TriQuint，三者的市场占有率均超过85%。
Avago和Skyworks除了芯片设计的主营业务外，还有一定的生产能力。当他们自己的产能不足时，他们会向台湾主机厂下订单。 Avago的代工是文茂，Skyworks的代工是宏杰科技，Qorvo没有代工。
碳化硅（SiC）的市场应用领域偏向于1000V以上的中高压范围。具有高压、高温、高频三大优点。它比Si更薄、更轻、更小。
全球众多功率半导体巨头纷纷布局基于氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）的下一代功率半导体，为与传统硅基功率半导体器件在市场上的竞争奠定了基础。
目前，碳化硅下游应用大部分处于研发阶段，尚未形成量产。因此，SiC正处于爆发式增长的早期阶段。根据 Yole 的预测，2017 年到 2023 年，SiC 的复合年增长率将达到 31%，到 2023 年，其市场规模将约为 15 亿美元。
中国大陆第三代半导体SiC产业链分布图：
氮化镓 (GaN) 是未来最具增长潜力的化合物半导体。与GaAs、InP等高频工艺相比，氮化镓器件输出功率更大；与LDCMOS、SiC等功率工艺相比，氮化镓具有更好的频率特性。具有传导损耗低、电流密度高的优点，可显着降低功率损耗和散热负载。迅速应用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等领域。
GaN 器件收入目前约占整个市场的 20%，到 2025 年将占到 50% 以上。根据 YoleDeveloppement 的预测，2022 年 GaN 功率器件市场预计将达到 4.6 亿美元。其中，供电系统领域的应用市场最大，约2.5亿美元。其他功率器件应用领域还包括新能源汽车、数据中心、无线充电等。
在GaN射频器件领域，顶级供应商包括日本住友电工（SEDI）、美国Cree/Wolfspeed（Cree/Wolfspeed）和Qorvo、韩国Alford（RFHIC）等。化合物半导体代工厂包括中国的Win?半导体和大陆制造商三安光电。
随着5G高频通信的商业化，GaN将在电信宏基站和雷达和航空电子应用中的真空管中占据更多份额。
GaN由于其高功率密度在基站大功率器件领域具有独特的优势。
文章来源：《电子元件与材料》 网址: http://www.dzyjyclzz.cn/zonghexinwen/2021/0714/723.html