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随着各行业转向使用替代材料来提供比硅更强大的功率、更快的速度和更高的效率，化合物半导体正逐渐成为主流。
与几十年来一直是芯片制造主要材料的硅不同，化合物半导体是由 SiC、GaN、GaAs 或 InP 等材料构成的，这些材料作为关键组件，使高性能成为可能。
SiC 和 GaN 在电力电子领域处于领先地位，GaAs 和 GaN 广泛用于射频系统，InP 和 GaAs 是光子学和激光器的关键，而 GaN 和 GaAs 仍然是照明和显示技术（如微型 LED）的关键。
化合物半导体器件的日益普及在衬底层面得到了清晰的体现，该领域的投资正在不断扩大。Yole Group在其最新报告中预测，2025年至2031年间，整个市场将以14%的复合年增长率增长，规模将从13亿美元增长至28亿美元，增长超过一倍。
外延晶圆（外延片）是价值链中的另一个关键环节。开放式外延片市场展现出强劲的增长势头，外延片厂商与包括集成器件制造商 (IDM)、无晶圆厂和代工厂在内的不同参与者紧密合作。正如化合物半导体报告深入分析的那样，该市场预计将与衬底市场同步增长，从 2025 年的 11 亿美元增长到 2031 年的 24 亿美元。
功率型碳化硅引领晶圆经济
由于化合物半导体在功率、射频和光子学方面具有明显的性能优势，因此其发展势头持续强劲。
在2026年的展望中，衬底和开放式外延片层面的增长情况进行了重新评估，尽管短期内面临价格压力和应用时机调整，但n型SiC和InP仍将引领强劲的长期增长。预计CS衬底市场总额将从2025年的12.9亿美元增长到2031年的27.9亿美元（年复合增长率14%），而开放式外延片市场将从11亿美元增长到23.9亿美元（年复合增长率14%）。
功率应用领域占据主导地位，其中n型碳化硅(SiC)凭借电动汽车电气化、800V架构以及8英寸晶圆的加速普及而推动增长，尽管产能过剩和汽车行业增速放缓短期内会对价格构成压力。功率氮化镓(GaN)的应用范围已从消费级快速充电扩展到汽车和数据中心，但其外延晶圆市场规模仍小于碳化硅。
射频市场保持稳定，主要由手机领域的砷化镓（GaAs）和电信及国防领域的氮化镓（GaN）主导，短期内增长空间有限，但向6G时代稳步迈进。光子学市场发展势头最为强劲，主要受人工智能数据中心和带宽升级的推动，加速了磷化铟（InP）的普及、6英寸平台和高速激光器的应用。
LED 技术仍然成熟且价值较低，而 MicroLED 的普及将在本世纪晚些时候在更现实的预期下重新开始，首先应用于可穿戴设备和 AR 领域。
数据中心正成为下一个增长引擎
人工智能驱动的数据中心扩张正迅速成为主要需求来源。全球服务器部署数量，尤其是支持人工智能工作负载的超大规模系统，预计将大幅增长。
随着经济增长，电力消耗增加，制冷需求提高，减少二氧化碳排放的压力也越来越大。
与此同时，人工智能带宽的使用需要更快的光互连。通过共封装光学器件（CPO）将磷化铟激光器集成到硅光子平台中，可以使激光器更靠近计算芯片，从而降低功率损耗，并使传输速率从目前的每通道 100G 扩展到未来系统的 400G。
汽车行业仍将是规模最大、发展最成熟的市场。在电动汽车领域，碳化硅（SiC）已成为主牵引逆变器的关键材料，能够高效地将电池的电能转换为电机驱动所需的电能。氮化镓（GaN）也开始逐渐普及，尤其是在车载充电器和直流/直流转换器系统中，其高开关频率使其能够实现更小、更轻、更紧凑的设计。
车辆应用也越来越多地扩展到电力转换之外，例如使用 GaN 和 GaAs 的照明和显示系统，以及用于自动驾驶的 LiDAR 中的 InP 和 GaAs 激光器，还有用于车辆连接和通信的基于 GaAs 的射频组件。
随着长期延迟的微型 LED 商业化开始显现早期势头，新的消费应用案例也正在涌现。
尽管微型LED的上市速度有所改变，但首款采用GaN和GaAs的商用微型LED智能手表将于2025年上市。与此同时，增强现实是另一个充满前景的领域，未来几年将与微型LED以及可能采用SiC作为透镜进行集成。
这些新兴应用进一步扩大了这些技术在消费和工业平台上的应用范围。
附加值平衡了实际挑战
尽管化合物半导体在性能上具有显著优势，但挑战依然存在。由于制造平台成熟度不同，以及供应链的复杂性（产能和原材料集中在特定地区），化合物半导体器件的成本仍然高于硅基半导体器件。
采用更大的基板直径反映了可扩展性和成本，以满足不同应用领域的市场需求。
受市场需求和供应链中新一轮技术成熟度提升的驱动，碳化硅（SiC）衬底正从6英寸（150毫米）向8英寸过渡，而磷化铟（InP）衬底则向6英寸过渡。预计蓝宝石衬底上的氮化镓（GaN）和砷化镓（GaAs）的主要制造平台仍将维持在6英寸，而镓基微型LED衬底仍将维持在4英寸。虽然已有12英寸晶圆的早期演示，但这些晶圆短期内不太可能进入市场。
更大的晶圆可以在一片晶圆上制造更多的芯片，实现更高的产量和更高的成本效益，从而为三星和格罗方德等硅晶圆代工厂进入化合物半导体生态系统打开了大门。
可扩展平台和应用塑造化合物半导体的未来
化合物半导体在众多终端应用中发挥着关键作用。在汽车市场销量巨大、人工智能数据中心快速扩张以及移动、消费和电信领域需求稳定增长的推动下，各种材料的供应链正在重塑。电力电子是增长最强劲的驱动力，这得益于自2020年代初以来对功率碳化硅(SiC)的大量投资以及近期在功率氮化镓(GaN)领域的战略举措。
碳化硅（SiC）的增长得益于产能规模的扩大以及晶圆尺寸从6英寸向8英寸的过渡，新的中国晶圆和外延片供应商的加入提升了成本竞争力，并满足了开放市场对8英寸晶圆的需求。功率氮化镓（GaN）正朝着混合型IDM和无晶圆/代工厂模式转变，一些代工厂退出市场，而新的厂商则凭借其内部外延技术进入市场；IDM厂商将GaN视为数据中心渗透的战略性技术。
移动和电信射频市场保持稳定，GaAs 和 GaN 增长温和，市场重点在于整合而非扩张。
受人工智能数据中心的推动，光子学展现出强劲的发展势头，加速了高速激光器向 6 英寸 InP 的过渡。
LED和microLED技术已趋于成熟和集中，垂直整合至关重要，尤其是在microLED进军高端可穿戴设备领域之际。更大的衬底尺寸加剧了纯化合物半导体厂商和硅晶圆厂之间的竞争，而中国厂商则继续构建端到端的化合物半导体供应链，以满足国内外的需求。
中国在生态系统竞争中的作用日益增强
随着市场扩张，全球竞争日益激烈，尤其来自中国的竞争尤为突出。中国通过加速技术研发和扩大生产规模，在碳化硅衬底领域正逐渐占据领先地位。如今，竞争目标正转向器件层面。
虽然中国企业在移动和消费品行业占据领先地位，但它们也在汽车和工业行业产生影响。
受美国出口限制和国内需求的推动，中国化合物半导体供应链的进步使其成为战略竞争对手。
（来源：yole）
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