化合物半導體是區別于硅(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)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)等。相對于硅材料，化合物半導體性能更加優異，制作出的器件相對于硅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征。
當前，全球半導體產業正處于深度變革，化合物半導體成為產業發展新的關注點，我國應加緊產業布局，搶占發展的主動權。
化合物半導體成為集成電路產業新關注點
集成電路產業深刻變革驅動化合物半導體市場發展。一是集成電路產業遵循“摩爾定律”演進趨緩，以新材料、新結構以及新工藝為特征的“超越摩爾定律”成為產業新的發展重心。二是曾經驅動集成電路市場高速增長的PC和智能手機市場疲軟，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硅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并購案頻發。近年來，國際巨頭企業紛紛圍繞化合物半導體展開并購，2014年8月，功率半導體領導者德國英飛凌公司以30億美元收購美國國際整流器公司(IR)，取得了其硅基GaN功率半導體制造技術;同年9月，設計和制造GaAs和GaN射頻芯片的RFMD公司和TriQuint公司宣布合并為新的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”投資三安光電布局化合物半導體。2015年6月，國家集成電路產業投資基金(“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集成電路公司圍繞GaAs和GaN代工制造，開展境內外并購、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族化合物集成電路產業。
全球化合物半導體產業市場空間廣闊
GaAs和GaN的微波通信器件、GaN和SiC的電力電子器件由于下游應用的驅動，技術和產業發展十分迅速，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制造將成為產業發展趨勢，在無線通信、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基材料有望在集成電路10nm以下制程以及未來的光互連芯片中得到應用。
2015年全球GaAs微波通信器件市場規模達到86億美元，超過60%的市場份額集中于Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago三大巨頭，2020年，市場規模預計將突破130億美元。GaAs產業代工制造模式逐漸興起，我國臺灣穩懋、宏捷、環宇是主要的代工企業。
GaN器件：基于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，隨著技術水平的進步，2020年產值有望達到15億美元。英飛凌、富士、東芝、松下等大企業紛紛投巨資進軍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、智能電網、信息通信設備和消費電子領域將得到廣泛應用。
SiC器件：SiC單晶襯底制造以4英寸為主流，并正向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(肖特基二極管)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、智能電網、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，其中科銳公司占據了SiC襯底90%的供應量。SiC器件市場，科銳和英飛凌/IR兩家巨頭占據了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器件將占據主要市場，SiC器件未來主要面向1200V以上的市場。
《中國制造2025》技術路線圖中化合物半導體材料相關發展目標
我國產業發展面臨重大機遇
《中國制造2025》為產業發展提供政策支持。2015年5月，國務院發布《中國制造2025》。新材料在《〈中國制造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。我國集成電路正處于大發展時期，可為化合物半導體產業提供先進技術支撐。如GaAs或GaN單片微波集成電路的設計和仿真技術、化合物半導體制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等通用設備的制造技術、以及大尺寸硅單晶襯底和光刻膠等通用配套材料的制備技術。
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、智能電網、大數據/云計算中心、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微波射頻器件和模塊，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，智能電網使用的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，大數據/云計算中心使用的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。
（作者朱邵歆，供職于賽迪智庫集成電路產業研究所）
