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隨著各行業(yè)轉(zhuǎn)向使用替代材料來提供比硅更強(qiáng)大的功率、更快的速度和更高的效率，化合物半導(dǎo)體正逐漸成為主流。

與幾十年來一直是芯片制造主要材料的硅不同，化合物半導(dǎo)體是由 SiC、GaN、GaAs 或 InP 等材料構(gòu)成的，這些材料作為關(guān)鍵組件，使高性能成為可能。

SiC 和 GaN 在電力電子領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，GaAs 和 GaN 廣泛用于射頻系統(tǒng)，InP 和 GaAs 是光子學(xué)和激光器的關(guān)鍵，而 GaN 和 GaAs 仍然是照明和顯示技術(shù)（如微型 LED）的關(guān)鍵。

化合物半導(dǎo)體器件的日益普及在襯底層面得到了清晰的體現(xiàn)，該領(lǐng)域的投資正在不斷擴(kuò)大。Yole Group在其最新報(bào)告中預(yù)測，2025年至2031年間，整個市場將以14%的復(fù)合年增長率增長，規(guī)模將從13億美元增長至28億美元，增長超過一倍。

外延晶圓（外延片）是價值鏈中的另一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。開放式外延片市場展現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長勢頭，外延片廠商與包括集成器件制造商 (IDM)、無晶圓廠和代工廠在內(nèi)的不同參與者緊密合作。正如化合物半導(dǎo)體報(bào)告深入分析的那樣，該市場預(yù)計(jì)將與襯底市場同步增長，從 2025 年的 11 億美元增長到 2031 年的 24 億美元。

功率型碳化硅引領(lǐng)晶圓經(jīng)濟(jì)

由于化合物半導(dǎo)體在功率、射頻和光子學(xué)方面具有明顯的性能優(yōu)勢，因此其發(fā)展勢頭持續(xù)強(qiáng)勁。

在2026年的展望中，襯底和開放式外延片層面的增長情況進(jìn)行了重新評估，盡管短期內(nèi)面臨價格壓力和應(yīng)用時機(jī)調(diào)整，但n型SiC和InP仍將引領(lǐng)強(qiáng)勁的長期增長。預(yù)計(jì)CS襯底市場總額將從2025年的12.9億美元增長到2031年的27.9億美元（年復(fù)合增長率14%），而開放式外延片市場將從11億美元增長到23.9億美元（年復(fù)合增長率14%）。

功率應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，其中n型碳化硅(SiC)憑借電動汽車電氣化、800V架構(gòu)以及8英寸晶圓的加速普及而推動增長，盡管產(chǎn)能過剩和汽車行業(yè)增速放緩短期內(nèi)會對價格構(gòu)成壓力。功率氮化鎵(GaN)的應(yīng)用范圍已從消費(fèi)級快速充電擴(kuò)展到汽車和數(shù)據(jù)中心，但其外延晶圓市場規(guī)模仍小于碳化硅。

射頻市場保持穩(wěn)定，主要由手機(jī)領(lǐng)域的砷化鎵（GaAs）和電信及國防領(lǐng)域的氮化鎵（GaN）主導(dǎo)，短期內(nèi)增長空間有限，但向6G時代穩(wěn)步邁進(jìn)。光子學(xué)市場發(fā)展勢頭最為強(qiáng)勁，主要受人工智能數(shù)據(jù)中心和帶寬升級的推動，加速了磷化銦（InP）的普及、6英寸平臺和高速激光器的應(yīng)用。

LED 技術(shù)仍然成熟且價值較低，而 MicroLED 的普及將在本世紀(jì)晚些時候在更現(xiàn)實(shí)的預(yù)期下重新開始，首先應(yīng)用于可穿戴設(shè)備和 AR 領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)中心正成為下一個增長引擎

人工智能驅(qū)動的數(shù)據(jù)中心擴(kuò)張正迅速成為主要需求來源。全球服務(wù)器部署數(shù)量，尤其是支持人工智能工作負(fù)載的超大規(guī)模系統(tǒng)，預(yù)計(jì)將大幅增長。

隨著經(jīng)濟(jì)增長，電力消耗增加，制冷需求提高，減少二氧化碳排放的壓力也越來越大。

與此同時，人工智能帶寬的使用需要更快的光互連。通過共封裝光學(xué)器件（CPO）將磷化銦激光器集成到硅光子平臺中，可以使激光器更靠近計(jì)算芯片，從而降低功率損耗，并使傳輸速率從目前的每通道 100G 擴(kuò)展到未來系統(tǒng)的 400G。

汽車行業(yè)仍將是規(guī)模最大、發(fā)展最成熟的市場。在電動汽車領(lǐng)域，碳化硅（SiC）已成為主牽引逆變器的關(guān)鍵材料，能夠高效地將電池的電能轉(zhuǎn)換為電機(jī)驅(qū)動所需的電能。氮化鎵（GaN）也開始逐漸普及，尤其是在車載充電器和直流/直流轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中，其高開關(guān)頻率使其能夠?qū)崿F(xiàn)更小、更輕、更緊湊的設(shè)計(jì)。

車輛應(yīng)用也越來越多地?cái)U(kuò)展到電力轉(zhuǎn)換之外，例如使用 GaN 和 GaAs 的照明和顯示系統(tǒng)，以及用于自動駕駛的 LiDAR 中的 InP 和 GaAs 激光器，還有用于車輛連接和通信的基于 GaAs 的射頻組件。

隨著長期延遲的微型 LED 商業(yè)化開始顯現(xiàn)早期勢頭，新的消費(fèi)應(yīng)用案例也正在涌現(xiàn)。

盡管微型LED的上市速度有所改變，但首款采用GaN和GaAs的商用微型LED智能手表將于2025年上市。與此同時，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是另一個充滿前景的領(lǐng)域，未來幾年將與微型LED以及可能采用SiC作為透鏡進(jìn)行集成。

這些新興應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大了這些技術(shù)在消費(fèi)和工業(yè)平臺上的應(yīng)用范圍。

附加值平衡了實(shí)際挑戰(zhàn)

盡管化合物半導(dǎo)體在性能上具有顯著優(yōu)勢，但挑戰(zhàn)依然存在。由于制造平臺成熟度不同，以及供應(yīng)鏈的復(fù)雜性（產(chǎn)能和原材料集中在特定地區(qū)），化合物半導(dǎo)體器件的成本仍然高于硅基半導(dǎo)體器件。

采用更大的基板直徑反映了可擴(kuò)展性和成本，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的市場需求。

受市場需求和供應(yīng)鏈中新一輪技術(shù)成熟度提升的驅(qū)動，碳化硅（SiC）襯底正從6英寸（150毫米）向8英寸過渡，而磷化銦（InP）襯底則向6英寸過渡。預(yù)計(jì)藍(lán)寶石襯底上的氮化鎵（GaN）和砷化鎵（GaAs）的主要制造平臺仍將維持在6英寸，而鎵基微型LED襯底仍將維持在4英寸。雖然已有12英寸晶圓的早期演示，但這些晶圓短期內(nèi)不太可能進(jìn)入市場。

更大的晶圓可以在一片晶圓上制造更多的芯片，實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量和更高的成本效益，從而為三星和格羅方德等硅晶圓代工廠進(jìn)入化合物半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)打開了大門。

可擴(kuò)展平臺和應(yīng)用塑造化合物半導(dǎo)體的未來

化合物半導(dǎo)體在眾多終端應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在汽車市場銷量巨大、人工智能數(shù)據(jù)中心快速擴(kuò)張以及移動、消費(fèi)和電信領(lǐng)域需求穩(wěn)定增長的推動下，各種材料的供應(yīng)鏈正在重塑。電力電子是增長最強(qiáng)勁的驅(qū)動力，這得益于自2020年代初以來對功率碳化硅(SiC)的大量投資以及近期在功率氮化鎵(GaN)領(lǐng)域的戰(zhàn)略舉措。

碳化硅（SiC）的增長得益于產(chǎn)能規(guī)模的擴(kuò)大以及晶圓尺寸從6英寸向8英寸的過渡，新的中國晶圓和外延片供應(yīng)商的加入提升了成本競爭力，并滿足了開放市場對8英寸晶圓的需求。功率氮化鎵（GaN）正朝著混合型IDM和無晶圓/代工廠模式轉(zhuǎn)變，一些代工廠退出市場，而新的廠商則憑借其內(nèi)部外延技術(shù)進(jìn)入市場；IDM廠商將GaN視為數(shù)據(jù)中心滲透的戰(zhàn)略性技術(shù)。

移動和電信射頻市場保持穩(wěn)定，GaAs 和 GaN 增長溫和，市場重點(diǎn)在于整合而非擴(kuò)張。

受人工智能數(shù)據(jù)中心的推動，光子學(xué)展現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，加速了高速激光器向 6 英寸 InP 的過渡。

LED和microLED技術(shù)已趨于成熟和集中，垂直整合至關(guān)重要，尤其是在microLED進(jìn)軍高端可穿戴設(shè)備領(lǐng)域之際。更大的襯底尺寸加劇了純化合物半導(dǎo)體廠商和硅晶圓廠之間的競爭，而中國廠商則繼續(xù)構(gòu)建端到端的化合物半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，以滿足國內(nèi)外的需求。

中國在生態(tài)系統(tǒng)競爭中的作用日益增強(qiáng)

隨著市場擴(kuò)張，全球競爭日益激烈，尤其來自中國的競爭尤為突出。中國通過加速技術(shù)研發(fā)和擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，在碳化硅襯底領(lǐng)域正逐漸占據(jù)領(lǐng)先地位。如今，競爭目標(biāo)正轉(zhuǎn)向器件層面。

雖然中國企業(yè)在移動和消費(fèi)品行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位，但它們也在汽車和工業(yè)行業(yè)產(chǎn)生影響。

受美國出口限制和國內(nèi)需求的推動，中國化合物半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的進(jìn)步使其成為戰(zhàn)略競爭對手。

（來源：yole）

*免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點(diǎn)，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對該觀點(diǎn)贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。

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