不久前，武汉光谷举办了一场备受瞩目的盛会——2025九峰山论坛及化合物半导体产业博览会。此次会议的影响远超展示与交流的范畴。在展会背后，一个更为深远的趋势逐渐显现：化合物半导体正逐步从实验室迈向市场，成为引领新一轮技术革新的关键动力。

半导体行业历经百年发展，硅材料始终占据着无可争议的核心地位。晶体管与集成电路的问世，得益于硅的物理特性和其规模化生产的优势，有力地推动了全球数字化的发展。但随着人类社会向高频通信、高效能源转换和智能化终端等领域的全面转型，硅的局限性也逐渐凸显。在此之际，化合物半导体以“新来者”的身份步入舞台，凭借其与众不同的性能优势，悄然引发了一场静默无声却意义深远的产业变革。

凭借其高频率、高功率输出以及耐高温的显著优势，该材料正逐渐成为打破硅基半导体物理界限的核心动力。以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等为代表的第三代半导体，在5G通信技术、新能源汽车制造以及人工智能等众多领域，展现出了革命性的发展潜力。

01晶圆上的革命

化合物半导体的发展壮大，与材料科学领域的重大突破密不可分。北京大学沈波教授领导的团队，在氮化物半导体缺陷控制技术方面取得了显著成就，这标志着该领域的一大进步。他们运用创新的扫描透射电子显微镜（STEM）技术，实现了对氮化镓（GaN）外延薄膜中位错原子级运动的观测与调控，从而将材料的纯度提高了11个数量级。该成果不仅极大地增强了GaN射频器件的功能表现，而且还为5G基站及其他高频通讯设备的国产化进程扫清了障碍。

华中科技大学缪向水教授领导的团队，在硫系化合物相变存储器的研发方面取得了显著进展，这一成果为存算一体架构带来了新的生机。他们利用非晶态与晶态之间的相变原理，研发出一种新型存储器，该设备不仅能够高效地进行逻辑运算和信息处理，而且其性能远胜于传统的闪存。这一技术的问世，不仅为人工智能硬件的革新开辟了新的思路，同时也彰显了化合物半导体在存储技术领域的巨大潜力。

这些技术成就的取得，源于化合物半导体所具有的与众不同的物理属性。以宽禁带半导体为例，它们的禁带宽度显著超过常规的硅材料，这使它们在高温高压的恶劣条件下仍能维持稳定的性能。比如，氮化镓（GaN）的击穿电场强度比硅高出十倍，导热系数也达到硅的三倍，因此它成为了功率器件的理想材料。

氧化镓（Ga₂O₃）属于超宽禁带半导体，其禁带宽度可达到4.8eV，这一数值显著超过了碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。正因如此，它在下一代高功率器件以及深紫外探测器领域展现出广阔的应用潜力。

根据分类标准，化合物半导体涵盖了诸如砷化镓GaAs、氮化镓GaN等三五族元素材料，还包括硫化锌ZnS等二六族元素材料，以及氧化镓Ga₂O₃等氧化物材料等不同的材料体系。各类材料在各自领域有着独特的用途：例如，砷化镓（GaAs）凭借其优异的电子迁移率，被广泛用于高频通信和光电子技术；氮化镓（GaN）因其出色的功率特性，在5G基站和快速充电设备中扮演着关键角色；而氧化镓（Ga₂O₃）因具备极高的击穿电场强度，正逐渐成为下一代功率电子器件研究的热点。

02从边缘走向核心

化合物半导体一旦脱离实验室，其应用领域的变革性影响远超人们的想象。在过去十年间，这种半导体材料的应用角色经历了从辅助地位到核心地位的巨大转变。

新能源汽车产业迅猛发展之际，碳化硅（Si C）正逐渐成为动力系统改造的关键材料。传统的硅基 IGBT 器件在面临高压快充和高温环境时，能量损耗问题日益明显。相比之下，SiC 功率模块的导通电阻仅为硅器件的十分之一，这使得电机驱动系统的效率能够提升至99%以上。特斯拉Model 3在主逆变器部分首次运用了24颗碳化硅MOSFET芯片，这一创新不仅将续航里程提高了5%，还使得充电桩的体积缩减了60%。国内汽车制造商纷纷跟进，比亚迪在其“刀片电池”配套的电控系统中全面应用了碳化硅模块，而蔚来150kWh的半固态电池包则高度依赖碳化硅器件，以实现480kW的超快充电技术。

SiC在高压领域拓展了新的疆域，而氮化镓（GaN）则在中等和低压应用中引发了效率的变革。从智能手机的百瓦级快速充电到5G基站的射频前端，GaN元件凭借更小的体积实现了更高的功率密度。小米、OPPO等品牌推出的氮化镓充电器，体积缩小了40%，却能在半小时内为笔记本电脑充电完成，这一切都得益于材料特性带来的系统性创新。

尤其引人注目的是GaN在数据中心领域的巨大潜力。相较于传统硅基电源的92%转换效率，运用GaN技术的先进供电系统能够将效率提高至98%。对于年耗电量堪比一座小城市的巨型数据中心来说，这5%的效率增幅相当于每年可节省数千万度的电能。在“双碳”目标的推动下，GaN正逐渐从消费电子配件的角色转变为新基建的重要基础。

03产业话语权

全球化合物半导体行业正经历技术快速更新、地域竞争加剧以及应用领域不断扩大的复杂态势。根据市场调研机构Yole Group最新发布的预测报告，预计到2030年，全球化合物半导体器件的市场规模有望达到约250亿美元。

Yole指出，从2024年到2030年，化合物半导体器件行业将迎来迅猛发展，其复合年增长率预计将高达约13%，这一增长速度令人瞩目，甚至超越了整个半导体市场的平均水平。汽车和移动出行领域的蓬勃发展是这一加速增长的主要动力，而电信、基础设施以及消费电子产品的强劲需求也为其注入了强大活力。

在当前不断变化的形势中，主要半导体企业对化合物技术的兴趣日益浓厚。过去十年间，随着SiC功率器件的广泛应用，Wolfspeed已将其射频及LED业务分拆，转而专注于SiC领域。与此同时，意法半导体、安森美和英飞凌科技等企业纷纷加大对碳化硅的投资力度，并采用垂直整合的商业模式，旨在降低地缘政治紧张局势对硅片供应的影响。SiC市场正蓬勃发展，与此同时，OEM厂商对应用于电力电子领域的GaN技术展现出了极大的热情。这种热情引发了市场格局的变动。分析师预测，到2029年，功率GaN市场有望突破20亿美元，且五年间的复合年增长率将持续强劲。到2025年，英诺赛科、Power Integrations以及Navitas在GaN功率市场占据着领先位置。与此同时，英飞凌通过收购GaN Systems，瑞萨电子则通过并购Transphorm，两者均实现了无机增长。

射频砷化镓（GaAs）作为首个在消费领域取得显著成就的化合物半导体，其生态系统预计将在2025年趋于成熟。当前，射频器件领域的领军企业Skyworks处于市场主导地位，紧随其后的是Qorvo和Murata（村田），它们在消费类终端系统中取得了设计上的优势。

全球化合物半导体产业长期由美国、日本和欧洲国家掌控。例如，美国的Qorvo公司、日本的住友电工以及德国的英飞凌等企业，凭借其先发优势，掌握了产业链中的高端部分。然而，近年来，中国通过政策的支持以及资本的投入，正在努力缩小与这些国家的差距。2016年，我国将化合物半导体定位为国家战略性新兴产业，随后华为、三安光电、比亚迪等众多企业积极响应，纷纷开始进行相关布局，从而构建起一条涵盖衬底材料至器件生产的完整产业链。

值得关注的是，这种追求并非简单的模仿。以碳化硅（SiC）为例，我国企业在8英寸晶圆的良率和衬底成本控制等方面实现了重大突破，部分产品性能已接近国际领先水平。在近期落幕的上海车展上，众多中国企业展示了车规级SiC模块的大规模生产能力，这标志着国内供应链的日趋成熟。这种“以市场换技术”的发展策略，正在重塑全球产业格局。

截至目前，我国化合物半导体产业在京津冀、鲁地、长三角、珠三角、闽三角以及中部地区形成了五大核心聚集区域。京津冀鲁地区凭借丰富的大学和科研资源，成为了技术创新的核心区域；长三角地区依托其完善的工业体系，逐渐演变为重要的产品制造中心；珠三角地区凭借其开放的市场和资金优势，吸引了大量技术资本聚集；闽三角地区利用其地理优势，促进了两岸产业的协同发展；中部地区则依靠其成本和政策优势，迅速崛起成为新的经济增长点，其中武汉光谷成功打造了科研、中试和生产一体化的产业基地。

陈南翔，中国半导体行业协会的理事长，曾经指出，近期内，化合物半导体在新能源、汽车、光伏、储能、轨道交通、移动通信以及新型显示等多个领域得到了广泛应用，并且其应用范围持续扩大，这导致市场需求呈现出显著的增长态势。在市场需求的推动下，技术的突破，创新的飞跃，以及产业链的集中发展，我国半导体化合物半导体产业正处于迅猛发展的阶段，涌现出一批领军企业，并具备了相当的国际竞争力。

04结语

为了不断提升性能与降低成本，化合物半导体领域持续寻求创新材料、技术平台及设计方案。当前面临的核心议题是：哪一种崭露头角的新型半导体基板有望成为颠覆现有游戏规则的关键力量？结果并不清晰，这是因为材料科学领域和工业领域正在研究和开发众多新型的外延生长衬底，例如氧化镓（Ga₂O₃）、金刚石、体心立方氮化镓（体GaN）、锑化镓（GaSb）、锑化铟（InSb）、体心立方氮化铝（体AlN）、智能碳化硅（smartSiC）以及基于多晶氮化铝（多晶AlN）的工程化衬底。

鉴于这些进步，化合物半导体市场将持续扩大，尤其在硅材料无法满足需求的应用领域。未来技术发展无疑将受到化合物半导体不断进步及其影响的深刻塑造。

本文来自微信公众号 ，作者：方圆，36氪经授权发布。