碳化硅VS氮化鎵，寬禁帶半導體材料雙雄能否帶中國實現彎道超車？

　　第三代寬禁帶半導體材料應用領域

　　半導體照明

　　LED襯底類別包括藍寶石、碳化硅、硅以及氮化鎵。藍光LED在用襯底材料來劃分技術路線。SiC襯底有效地解決了襯底材料與GaN的晶格匹配度問題，減少了缺陷和位錯，更高的電光轉換效率從根本上帶來更多的出光和更少的散熱。氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強和良好的化學穩定性等優越特性，是迄今理論上電光、光電轉換效率最高的材料體系。時至今日，氮化鎵襯底相對于藍寶石、碳化硅等襯底的性能優勢顯而易見，最大難題在于價格過高。

　　功率器件

　　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功率半導體最主要的應用。

　　目前市場上主要GaN產品是應用于高功率密度DC/DC電源的40-200伏增強性高電子遷移率異質節晶體管(HEMT)和600伏HEMT混合串聯開關，國外廠商主要有EPC、IR、Transphorm、Panasonic、ExaGaN、GaN Systems等公司。中國GaN相關企業有IDM公司中航微電子、蘇州能訊，材料廠商中稼半導體、三安光電、杭州士蘭微等公司。

　　微波器件

　　GaN高頻大功率微波器件已開始用于軍用雷達、智能武器和通信系統等方面。在未來，GaN微波器件有望用于4G～5G移動通訊基站等民用領域。市調公司Yole預測，2016～2020年GaN射頻器件市場將擴大至目前的2倍，市場復合年增長率(CAGR)將達到4%;2020年末，市場規模將擴大至目前的2.5倍。GaN在國防領域的應用主要包括IED干擾器、軍事通訊、雷達、電子對抗等。GaN將在越來越多的國防產品中得到應用，充分體現其在提高功率、縮小體積和簡化設計方面的巨大優勢。

　　激光器和探測器

　　在激光器和探測器應用領域，GaN激光器已經成功用于藍光DVD，藍光和綠色的激光將來巨大的市場空間在微型投影、激光3D投影等投影顯示領域，藍色激光器和綠光激光器產值約為2億美元，如果技術瓶頸得到突破，潛在產值將達到500億美元。2014年諾貝爾獎獲得者中村修二認為下一代照明技術應該是基于GaN激光器的“激光照明”，有望將照明和顯示融合發展。目前，只有國外的日本日亞公司(Nichia)、和德國的歐司朗(Osram)等公司能夠提供商品化的GaN基激光器。

　　由于氮化鎵優異的光電特性和耐輻射性能，還可以用作高能射線探測器。GaN基紫外探測器可用于導彈預警、衛星秘密通信、各種環境監測、化學生物探測等領域，例如核輻射探測器，X射線成像儀等，但尚未實現產業化。

　　半導體材料發展趨勢

　　寬禁帶半導體材料作為一類新型材料，具有獨特的電、光、聲等特性，其制備的器件具有優異的性能，在眾多方面具有廣闊的應用前景。它能夠提高功率器件工作溫度極限，使其在更惡劣的環境下工作;能夠提高器件的功率和效率，提高裝備性能;能夠拓寬發光光譜，實現全彩顯示。隨著寬禁帶技術的進步，材料工藝與器件工藝的逐步成熟，其重要性將逐漸顯現，在高端領域將逐步取代第一代、第二代半導體材料，成為電子信息產業的主宰。