賽迪智庫： 我國發展化合物半導體產業正當時

2016/6/27

化合物半導體是區別於矽(Si)和鍺(Ge)等傳統單質的一類半導體材料，主要包括砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、氮化鎵(GaN)、碳化矽 (SiC)、氧化鋅(ZnO)等。相對於矽材料，化合物半導體性能更加優異，製作出的器件相對於矽器件具有更優異的光電性能、高速、高頻、大功率、耐高溫 和高輻射等特徵。

化合物半導體成為積體電路產業新關注點

　  積體電路產業深刻變革驅動化合物半導體市場發展。一是積體電路產業遵循“摩爾定律”演進趨緩，以新材料、新結構以及新工藝為特徵的“超越摩爾定律”成為 產業 新的發展重心。二是曾經驅動積體電路市場高速增長的PC和智慧手機市場疲軟，未來5G和物聯網將成為新風口。三是全球能源和環境危機突出，能源利用趨向低 功耗和精細管理。化合物半導體作為新材料和新器件，在微波通信器件、光電子器件和功率器件中有著同類矽器件所不具備的優異性能，將在以上應用領域得到廣泛 應用。

　　國內外圍繞化合物半導體的並購案頻發。近年來，國際巨頭企業紛紛圍繞化合物半導體展開並購，2014年8月，功率半導體領導者德國 英飛淩公司以30億美元收購美國國際整流器公司(IR)，取得了其矽基GaN功率半導體製造技術;同年9月，設計和製造GaAs和GaN射頻晶片的 RFMD公司和TriQuint公司宣佈合併為新的RF解決方案公司Qorvo。國內企業和資本也圍繞化合物半導體產業展開收購。

　　國家 “大基金”投資三安光電佈局化合物半導體。2015年6月，國家積體電路產業投資基金(“大基金”)投資48.39億元入股三安光電，推動三安光電下屬三 安積體電路公司圍繞GaAs和GaN代工製造，開展境內外並購、新技術研發、新建生產線等業務。同時，國家開發銀行也以最優惠利率向三安提供200億元貸 款。

　　2016年2月，泉州市政府、“大基金”、華芯投資、三安集團等在晉江市合資成立安芯基金，基金目標規模500億元，首期出資規模75.1億元，將主要投向III-V族化合物積體電路產業。

全球化合物半導體產業市場空間廣闊

　  GaAs 器件GaAs微波通信器件在移動終端的無線PA和射頻開關器領域占主導地位，未來高集成度和低成本製造將成為產業發展趨勢，在無線通訊、消費電子、汽車電 子、物聯網等應用領域將得到廣泛應用。同時，GaAs基材料有望在積體電路10nm以下制程以及未來的光互連晶片中得到應用。

　   2015年 全球GaAs微波通信器件市場規模達到86億美元，超過60%的市場份額集中於Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago三大巨 頭，2020年，市場規模預計將突破130億美元。GaAs產業代工製造模式逐漸興起，我國臺灣穩懋、宏捷、環宇是主要的代工企業。

　　GaN器件基於GaN的藍綠光LED產業發展成熟，微波通信器件和電力電子器件產品尚未在民用領域廣泛應用。藍寶石基GaN技術最成熟，Si基GaN可實現高集成性和低成本，目前Si基GaN技術以6英寸為主流。

　 　全 球GaN微波通信器件和電力電子器件的產值還很低，只有幾億美元，隨著技術水準的進步，2020年產值有望達到15億美元。英飛淩、富士、東芝、松下等大 企業紛紛投鉅資進軍GaN領域。新進入的小企業也有很多，如加拿大的GaN Systems、美國的EPC等公司都已經量產GaN產品。未來在新能源、智慧電網、資訊通信設備和消費電子領域將得到廣泛應用。

　  SiC 器件SiC單晶襯底製造以4英寸為主流，並正向6英寸過渡，同時8英寸也已經問世。產品主要以電力電子器件為主，SiC-SBD(肖特基二極體)技術成 熟，已開始在光伏發電等領域替代Si器件，SiC-MOSFET性能突出，可大幅降低模組中電容電感的用量，降低功率模組成本。SiC-IGBT未來將憑 借其優異的性能在大型輪船引擎、智慧電網、高鐵和風力發電等大功率領域得到應用。

　 　2015年，全球SiC電力電子器件市場規模達到近 1.5億美元，預計2020年將達到10億美元。SiC襯底的主要供應商有科銳、Rohm/SiCrystal和II-VI等，其中科銳公司佔據了SiC 襯底90%的供應量。SiC器件市場，科銳和英飛淩/IR兩家巨頭佔據了70%的市場份額。SiC電力電子器件在低電壓產品領域將面對GaN器件的激烈競 爭，在PFC、UPS、消費電子和電動汽車等900V以下的應用領域，低成本的GaN器件將佔據主要市場，SiC器件未來主要面向1200V以上的市場。

我國產業發展面臨重大機遇

　 《中國製造2025》為產業發展提供政策支援。2015年5月，國務院發佈《中國製造2025》。新材料在《〈中國製造2025〉重點領域技術路線圖》中是十大重點領域之一，其中化合物半導體中的第三代半導體被納入關鍵戰略材料發展重點。

　  集成電路高速發展為產業發展提供技術支撐。我國積體電路正處於大發展時期，可為化合物半導體產業提供先進技術支撐。如GaAs或GaN單片微波積體電路的設 計和模擬技術、化合物半導體製造工藝和生產線的建設技術、先進封裝和測試技術、光刻機和CVD等通用設備的製造技術、以及大尺寸矽單晶襯底和光刻膠等通用 配套材料的製備技術。

　  重點應用領域和國產化替代需求為產業發展提供巨大市場。我國的光伏、風能、4G/5G移動通信、高速鐵路、電動汽 車、智慧電網、大資料/雲計算中心、半導體照明等產業發展如火如荼，是化合物半導體大顯身手的應用領域，如4G/5G通信基站和終端使用的GaAs或 GaN微波射頻器件和模組，高速鐵路使用的SiC基牽引傳動系統，光伏電站、風能電場和電動汽車使用的GaN或SiC電能逆變器或轉換器，智慧電網使用的 SiC大功率開關器件，工業控制使用的GaN或SiC基電機馬達變頻驅動器，大資料/雲計算中心使用的GaN或SiC基高效供電電源，半導體照明中使用的 GaN基高亮度LED等。