化合物半導體，日益重要

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

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

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

化合物半導體器件的日益普及在襯底層面得到了清晰的體現，該領域的投資正在不斷擴大。Yole Group在其最新報告中預測，2025年至2031年間，整個市場將以14%的復合年增長率增長，規模將從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鍵環節。開放式外延片市場展現出強勁的增長勢頭，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的不同參與者緊密合作。正如化合物半導體報告深入分析的那樣，該市場預計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。

功率型碳化硅引領晶圓經濟

由于化合物半導體在功率、射頻和光子學方面具有明顯的性能優勢，因此其發展勢頭持續強勁。

在2026年的展望中，襯底和開放式外延片層面的增長情況進行了重新評估，盡管短期內面臨價格壓力和應用時機調整，但n型SiC和InP仍將引領強勁的長期增長。預計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（年復合增長率14%）。

功率應用領域占據主導地位，其中n型碳化硅(SiC)憑借電動汽車電氣化、800V架構以及8英寸晶圓的加速普及而推動增長，盡管產能過剩和汽車行業增速放緩短期內會對價格構成壓力。功率氮化鎵(GaN)的應用范圍已從消費級快速充電擴展到汽車和數據中心，但其外延晶圓市場規模仍小于碳化硅。

射頻市場保持穩定，主要由手機領域的砷化鎵（GaAs）和電信及國防領域的氮化鎵（GaN）主導，短期內增長空間有限，但向6G時代穩步邁進。光子學市場發展勢頭最為強勁，主要受人工智能數據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用。

LED 技術仍然成熟且價值較低，而 MicroLED 的普及將在本世紀晚些時候在更現實的預期下重新開始，首先應用于可穿戴設備和 AR 領域。

數據中心正成為下一個增長引擎

人工智能驅動的數據中心擴張正迅速成為主要需求來源。全球服務器部署數量，尤其是支持人工智能工作負載的超大規模系統，預計將大幅增長。

隨著經濟增長，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 擴展到未來系統的 400G。

汽車行業仍將是規模最大、發展最成熟的市場。在電動汽車領域，碳化硅（SiC）已成為主牽引逆變器的關鍵材料，能夠高效地將電池的電能轉換為電機驅動所需的電能。氮化鎵（GaN）也開始逐漸普及，尤其是在車載充電器和直流/直流轉換器系統中，其高開關頻率使其能夠實現更小、更輕、更緊湊的設計。

車輛應用也越來越多地擴展到電力轉換之外，例如使用 GaN 和 GaAs 的照明和顯示系統，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 商業化開始顯現早期勢頭，新的消費應用案例也正在涌現。

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，增強現實是另一個充滿前景的領域，未來幾年將與微型LED以及可能采用SiC作為透鏡進行集成。

這些新興應用進一步擴大了這些技術在消費和工業平臺上的應用范圍。

附加值平衡了實際挑戰

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

采用更大的基板直徑反映了可擴展性和成本，以滿足不同應用領域的市場需求。

受市場需求和供應鏈中新一輪技術成熟度提升的驅動，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。預計藍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，但這些晶圓短期內不太可能進入市場。

更大的晶圓可以在一片晶圓上制造更多的芯片，實現更高的產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入化合物半導體生態系統打開了大門。

可擴展平臺和應用塑造化合物半導體的未來

化合物半導體在眾多終端應用中發揮著關鍵作用。在汽車市場銷量巨大、人工智能數據中心快速擴張以及移動、消費和電信領域需求穩定增長的推動下，各種材料的供應鏈正在重塑。電力電子是增長最強勁的驅動力，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)領域的戰略舉措。

碳化硅（SiC）的增長得益于產能規模的擴大以及晶圓尺寸從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/代工廠模式轉變，一些代工廠退出市場，而新的廠商則憑借其內部外延技術進入市場；IDM廠商將GaN視為數據中心滲透的戰略性技術。

移動和電信射頻市場保持穩定，GaAs 和 GaN 增長溫和，市場重點在于整合而非擴張。

受人工智能數據中心的推動，光子學展現出強勁的發展勢頭，加速了高速激光器向 6 英寸 InP 的過渡。

LED和microLED技術已趨于成熟和集中，垂直整合至關重要，尤其是在microLED進軍高端可穿戴設備領域之際。更大的襯底尺寸加劇了純化合物半導體廠商和硅晶圓廠之間的競爭，而中國廠商則繼續構建端到端的化合物半導體供應鏈，以滿足國內外的需求。

中國在生態系統競爭中的作用日益增強

隨著市場擴張，全球競爭日益激烈，尤其來自中國的競爭尤為突出。中國通過加速技術研發和擴大生產規模，在碳化硅襯底領域正逐漸占據領先地位。如今，競爭目標正轉向器件層面。

雖然中國企業在移動和消費品行業占據領先地位，但它們也在汽車和工業行業產生影響。

受美國出口限制和國內需求的推動，中國化合物半導體供應鏈的進步使其成為戰略競爭對手。

（來源：yole）

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

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