第三代半导体技术、应用、市场全解析

　　宽禁带半导体（WBS）是自第一代元素半导体材料（Si）和第二代化合物半导体材料（GaAs、GaP、InP等）之后发展起来的第三代半导体材料，禁带宽度大于2eV，这类材料主要包括SiC（碳化硅）、C-BN（立方氮化硼）、GaN（氮化镓、）AlN（氮化铝）、ZnSe（硒化锌）以及金刚石等。

　　发展较好的宽禁带半导体主要是SiC和GaN，其中SiC的发展更早一些，碳化硅SiC、氮化镓GaN、硅Si以及砷化镓GaAs的一些参数如下图所示：

　　宽禁带半导体材料（第一代~第三代）的重要参数对比

　　SiC和GaN的禁带宽度远大于Si和GaAs，相应的本征载流子浓度小于Si和GaAs，宽禁带半导体的最高工作温度要高于第一、第二代半导体材料。击穿场强和饱和热导率也远大于Si和GaAs。

　　第三代宽禁带半导体应用

　　根据第三代半导体的发展情况，其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他4个领域，每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域，宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。

　　第三代宽禁带半导体材料应用领域

　　半导体照明

　　蓝光LED在用衬底材料来划分技术路线。GaN基半导体，衬底材料的选择就只剩下蓝宝石（（Al2O3）、SiC、Si、GaN以及AlN。后两者产业化为时尚远，我们讨论下前三者。总的来说，三种材料各有千秋。蓝宝石应用最广，成本较低，不过导电性差、热导率低;单晶硅衬底尺寸最大、成本最低，但先天巨大的晶格失配与热失配;碳化硅性能优越，但衬底本身的制备技术拉后腿。

　　LED三种衬底

　　全球LED衬底市场分析：普莱西、晶能光电和三星主要使用硅衬底，但是技术起步晚，目前产业规模较小，市场占有率低;Cree公司主要采用碳化硅衬底，但是由于其成本问题，加上专利垄断，几乎没有其他企业涉足。中村修二领导的Soraa公司据知正在采用氮化镓（GaN）衬底，这是良好的LED衬底材料，但是比蓝宝石更昂贵，并且生产尺寸也受到限制，也不能够被大量采用。因此，蓝宝石衬底得以迅速发展，占据主流市场。

　　根据IHS最新研究情报显示，在2015年全球96.3%的LED生产均采用蓝宝石衬底，预计到2020年该数据将会上升到96.7%。2015年主要得益于价格下跌，蓝宝石应用市场才得以提振。尤其是4英寸晶圆在2015年占据了55%的市场份额，其中9.9%是被三星、首尔半导体、晶元光电等大厂分割;6英寸晶圆产能也持续增长，主要以欧司朗、Lumileds公司、LG化学和科锐等厂商为首选。