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。
功率器件
sic和gan商业化功率器件发展历程
许多公司开始研发sic mosfet，包括科锐（cree）旗下wolfspeed（被infineon收购）、罗姆、意法半导体、三菱和通用电气。与此相反，进入gan市场中的玩家较少，起步较晚。
sic半导体材料及器件的发展过程
2015年，sic功率半导体市场（包括二极管和晶体管）规模约为2亿美元，到2021年，其市场规模预计将超过5.5亿美元，这期间的复合年均增长率预计将达19%。毫无悬念，消耗大量二极管的功率因素校正（pfc）电源市场，仍将是sic功率半导体最主要的应用。
sic器件市场发展趋势
目前市场上主要gan产品是应用于高功率密度dc/dc电源的40-200伏增强性高电子迁移率异质节晶体管（hemt）和600伏hemt混合串联开关，国外厂商主要有epc、ir、transphorm、panasonic、exagan、gan systems等公司。中国gan相关企业有idm公司中航微电子、苏州能讯，材料厂商中稼半导体、三安光电、杭州士兰微等公司。
gan基功率器件的发展历程
微波器件
微波器件方面，gan高频大功率微波器件已开始用于军用雷达、智能武器和通信系统等方面。在未来，gan微波器件有望用于4g～5g移动通讯基站等民用领域。
市调公司预测，2016～2020年gan射频器件市场将扩大至目前的2倍，市场复合年增长率（cagr）将达到4%;2020年末，市场规模将扩大至目前的2.5倍。
gan在国防领域的应用主要包括ied干扰器、军事通讯、雷达、电子对抗等。gan将在越来越多的国防产品中得到应用，充分体现其在提高功率、缩小体积和简化设计方面的巨大优势。
国际上涉及gan微波器件的主要厂商：
全球gan微波器件主要厂商
激光器和探测器
在激光器和探测器应用领域，gan激光器已经成功用于蓝光dvd，蓝光和绿色的激光将来巨大的市场空间在微型投影、激光3d投影等投影显示领域，蓝色激光器和绿光激光器产值约为2亿美元，如果技术瓶颈得到突破，潜在产值将达到500亿美元。2014年诺贝尔奖获得者中村修二认为下一代照明技术应该是基于gan激光器的“激光照明”，有望将照明和显示融合发展。目前，只有国外的日本日亚公司（nichia）、和德国的欧司朗（osram）等公司能够提供商品化的gan基激光器。
由于氮化镓优异的光电特性和耐辐射性能，还可以用作高能射线探测器。gan基紫外探测器可用于导弹预警、卫星秘密通信、各种环境监测、化学生物探测等领域，例如核辐射探测器，x射线成像仪等，但尚未实现产业化。
近年来相关收购事件
涉及第三代半导体厂商相关收购事件
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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。
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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。
功率器件
sic和gan商业化功率器件发展历程
许多公司开始研发sic mosfet，包括科锐（cree）旗下wolfspeed（被infineon收购）、罗姆、意法半导体、三菱和通用电气。与此相反，进入gan市场中的玩家较少，起步较晚。
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2015年，sic功率半导体市场（包括二极管和晶体管）规模约为2亿美元，到2021年，其市场规模预计将超过5.5亿美元，这期间的复合年均增长率预计将达19%。毫无悬念，消耗大量二极管的功率因素校正（pfc）电源市场，仍将是sic功率半导体最主要的应用。
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在激光器和探测器应用领域，gan激光器已经成功用于蓝光dvd，蓝光和绿色的激光将来巨大的市场空间在微型投影、激光3d投影等投影显示领域，蓝色激光器和绿光激光器产值约为2亿美元，如果技术瓶颈得到突破，潜在产值将达到500亿美元。2014年诺贝尔奖获得者中村修二认为下一代照明技术应该是基于gan激光器的“激光照明”，有望将照明和显示融合发展。目前，只有国外的日本日亚公司（nichia）、和德国的欧司朗（osram）等公司能够提供商品化的gan基激光器。
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