苹果新品发布后，虽然再次被外界诟病缺乏创新，但“浴霸”三摄，还是让不少消费者“真香”，而前两年推出的Face ID则被称为苹果最后的创新，带起了手机厂商的学习效仿风。也正是因为Face ID，苹果拉了一把上游的VCSEL产业链，化合物半导体以一种全新的方式“席卷”消费端市场。

同时，随着5G商业化的快速推进，作为5G关键电子元器件的一部分，化合物半导体也再次站到了风口浪尖，引发了新一轮产业洗牌和变革。

材料千千万，化合物半导体的春天来了

硅谷之所以以硅为名，因为硅是一种重要的半导体材料，当硅材料取代笨重的电子管，英特尔、苹果、高通、台积电、三星顺势而起，集成电路的突破成就了这些科技巨头。

当前，全球95％以上的半导体芯片和器件是用硅片作为基础功能材料而生产出来的。不过，在电子半导体的另一面，以砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等为代表的化合物半导体，正在快速崛起。

光纤通信、手机的无线通信系统、用于三维识别的VSECL泛光源、自动驾驶的毫米波雷达、5G基站的射频模块……新应用场景的涌现，是化合物半导体大规模应用的催化剂。

化合物半导体的概念很简单，就是一类由化合物构成的半导体材料，通常由两种以上的元素构成，所以它的组合方式很多，带来的想象空间也更大。

当前，业内将硅基半导体称为第一代半导体材料，化合物半导体则囊括了第二代和第三代材料，第二代主要以砷化镓（GaAs）为代表，第三代半导体材料则囊括了碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、金刚石等，因其禁带宽度（带隙）大于或等于2．3电子伏特，又被称为宽禁带半导体材料。

图源：半导体行业观察

相较于硅基半导体，化合物半导体最显著的特性是电子迁移率高，所以适用于高频、大功率传输，适合射频器件、光电器件、功率器件的制造；硅半导体则多用于逻辑器件、存储器等。从这个角度看，化合物半导体是硅器件的延伸，不是替代，两者构成了现在的电子化、智能化时代。

举个例子，5G频率高，传输距离短，对功率要求高，相应的对基站与终端的应用场景提出了全新挑战，通讯组件与电子器件必须适应更高频、高温、高功率的环境，氮化镓体积小功率大的特性，就是目前最适合5G基站PA（射频功率放大器）的材料。而前几代通讯技术的射频模块材料则被砷化镓包下，砷化镓也是目前智能手机设PA的主要半导体材料。可想而知，化合物半导体材料的发展前景非常广阔。

但和成熟的硅基半导体产业不同的是，化合物半导体由于材料的特殊性和生产制备的复杂性，其产业链的技术远没有硅基半导体成熟。

当消费电子产品以数亿量级铺开，产业链上下游早已经做好了准备，但当化合物半导体的应用量级在快速飙升时，产业链的步伐却没能及时跟上。

量级不一样，生产制备工艺的挑战变高，业内人士曾举过例子，“集成电路设计图给到台积电，后续的生产工艺完全不用担心。但化合物半导体代工厂完全不一样，工程师还需要去FAB代工厂讨论工艺怎么做。”

产业分工逐渐明朗，关键技术在国外巨头手中

在理清化合物半导体产业链发展现状前，首先得明确两个概念：衬底和外延。

衬底是半导体单晶材料制成的晶圆片，它既可以直接进入晶圆制造环节生产半导体器件，也可以通过外延工艺加工生产成外延片。

外延指在单晶衬底上生长一层新单晶的过程，新单晶可以与衬底为同一材料，也可以是不同材料。比如氮化镓通常会在蓝宝石、SiC、Si等异质衬底上进行外延。

化合物半导体与硅半导体的制备工艺类似，但是晶圆制造有所区别，硅半导体采用直拉法生长成一个圆柱型的单晶硅棒，对单晶硅棒进行切割制成晶圆；化合物半导体则是在 GaAs、InP、GaP、蓝宝石、SiC 等化合物基板上形成薄膜（外延层），然后对这个外延层加工，实现特定的器件功能。

当前，外延片生长主要依靠生长工艺和设备，制造外延片的主流方法包括金属有机物化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延，前者属于行业市场“最经济”的外延生长方法，但设备制造难度依然很大，只有少数公司可以进行商业化生产。

图 ｜ MOCVD系统

所以化合物半导体产业链通常可以分为：设计、外延、晶圆制造和封测等环节，其中外延又包括衬底。