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第三代寬禁帶半導體

寬禁帶半導體(WBS)是自第一代元素半導體材料(Si)和第二代化合物半導體材料(GaAs、GaP、InP等)之后發展起來的第三代半導體材料，禁帶寬度大于2eV，這類材料主要包括SiC(碳化硅)、C-BN(立方氮化硼)、GaN(氮化鎵、)AlN(氮化鋁)、ZnSe(硒化鋅)以及金剛石等。發展較好的寬禁帶半導體主要是SiC和GaN，其中SiC的發展更早一些，碳化硅SiC、氮化鎵GaN、硅Si以及砷化鎵GaAs

SiC和GaN的禁帶寬度遠大于Si和GaAs，相應的本征載流子濃度小于Si和GaAs，寬禁帶半導體的zui高工作溫度要高于第一、第二代半導體材料。擊穿場強和飽和熱導率也遠大于Si和GaAs。

第三代寬禁帶半導體應用

根據第三代半導體的發展情況，其主要應用為半導體照明、電力電子器件、激光器和探測器、以及其他4個領域，每個領域產業成熟度各不相同。在前沿研究領域，寬禁帶半導體還處于實驗室研發階段。

半導體照明

藍光LED在用襯底材料來劃分技術路線。GaN基半導體，襯底材料的選擇就只剩下藍寶石((Al2O3)、SiC、Si、GaN以及AlN。后兩者產業化為時尚遠，我們討論下前三者。總的來說，三種材料各有千秋。藍寶石應用zui廣，成本較低，不過導電性差、熱導率低;單晶硅襯底尺寸zui大、成本zui低，但先天巨大的晶格失配與熱失配;碳化硅性能優越，但襯底本身的制備技術拉后腿。

LED三種襯底

全球LED襯底市場分析：普萊西、晶能光電和三星主要使用硅襯底，但是技術起步晚，目前產業規模較小，市場占有率低;Cree公司主要采用碳化硅襯底，但是由于其成本問題，加上專利壟斷，幾乎沒有其他企業涉足。中村修二領導的Soraa公司據知正在采用氮化鎵(GaN)襯底，這是良好的LED襯底材料，但是比藍寶石更昂貴，并且生產尺寸也受到限制，也不能夠被大量采用。因此，藍寶石襯底得以迅速發展，占據主流市場。

根據IHSzui新研究情報顯示，在2015年全球96.3%的LED生產均采用藍寶石襯底，預計到2020年該數據將會上升到96.7%。2015年主要得益于價格下跌，藍寶石應用市場才得以提振。尤其是4英寸晶圓在2015年占據了55%的市場份額，其中9.9%是被三星、首爾半導體、晶元光電等大廠分割;6英寸晶圓產能也持續增長，主要以歐司朗、Lumileds公司、LG化學和科銳等廠商為首要選擇。

功率器件SiC和GaN商業化功率器件發展歷程

許多公司開始研發SiC MOSFET，包括科銳(Cree)旗下Wolfspeed(被Infineon收購)、羅姆、意法半導體、三菱和通用電氣。與此相反，進入GaN市場中的玩家較少，起步較晚。

SiC半導體材料及器件的發展過程

2015年，SiC功率半導體市場(包括二極管和晶體管)規模約為2億美元，到2021年，其市場規模預計將超過5.5億美元，這期間的復合年均增長率預計將達19%。毫無懸念，消耗大量二極管的功率因素校正(PFC)電源市場，仍將是SiC功率半導體zui主要的應用。