目录
- 执行摘要:主要发现和市场驱动因素
- 2025年市场规模和2030年前的增长预测
- 技术创新:高接合设计与制造方法
- 顶级制造商和行业领导者(仅限官方来源)
- 新兴应用:电力电子、5G和人工智能硬件
- 供应链动态和材料采购挑战
- 竞争格局:战略举措和合作伙伴关系
- 监管和标准更新(2025年及以后)
- 投资趋势和融资机会
- 未来展望:颠覆性趋势和长期情景
- 来源与参考文献
执行摘要:主要发现和市场驱动因素
高接合化合物半导体制造行业在2025年有望加速增长,主要受到对高性能电子和光电子设备需求激增的推动。化合物半导体——如氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)和碳化硅(SiC)——在需要高电压、高频率和热效率的应用中越来越受到青睐。主要市场驱动因素包括5G基础设施的扩展、电动汽车(EV)的快速普及以及人工智能(AI)和电力电子的进步。
几家行业领导者正在扩大产能以满足不断增长的需求。onsemi在2024年底在韩国开设了一座新的SiC制造设施,目标是电动汽车和可再生能源市场。Wolfspeed在纽约完成了一座大型SiC晶圆厂的建设,旨在为下一代汽车和工业电源模块提供供应。在GaN领域,imec及其合作伙伴推出了GaNext生态系统,促进设备制造商和设备供应商之间的合作,以加速电力和射频GaN技术的创新。
2024年至2025年的数据表明,先进制造设备(如金属有机化学气相沉积(MOCVD)工具)的投资强劲,以及确保供应链的垂直整合策略。例如,ams OSRAM已启动高容量8英寸GaN-on-silicon晶圆生产,标志着向大规模、成本效益制造的转变。ROHM半导体在日本扩大了其SiC器件的产能,强调对质量和汽车级可靠性的关注。
展望未来,高接合化合物半导体制造的前景非常乐观。行业路线图预计晶圆尺寸、良率改进和器件集成将迅速发展。预计铸造厂、材料供应商和OEM之间的合作将推动创新和降低成本。随着全球电气化趋势和下一代无线部署的持续推进,该行业将继续成为未来技术的重要推动者。
2025年市场规模和2030年前的增长预测
高接合化合物半导体制造市场在2025年有望实现强劲增长,并预计将持续扩展至2030年,主要受到电动汽车(EV)、5G基础设施、可再生能源和先进计算应用需求激增的推动。化合物半导体如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)在这些领域中占据核心地位,因其卓越的效率、热导率以及高电压和高频率下的工作能力。
预计到2025年,SiC和GaN的晶圆制造能力将达到新高,得益于对新厂和产能扩张的数十亿美元投资。作为领先的SiC晶圆和器件制造商,Wolfspeed预计将在其Mohawk Valley工厂提高产量,目标是占据全球SiC器件市场的重要份额。同样,onsemi已宣布计划在2025年前将其SiC产能翻倍,以支持汽车和工业部门向电气化的过渡。
市场前景还得到了像英飞凌科技公司等主要企业的进一步增强,该公司正在奥地利和马来西亚扩展其200mm SiC晶圆生产能力,旨在满足未来五年内客户需求的增长。意法半导体也承诺增加其SiC基板和器件制造的足迹,专注于垂直整合以提高供应链的韧性。
氮化镓制造正在经历类似的增长,特别是在射频(RF)和电力电子领域。NXP半导体和Qorvo正在扩大其GaN-on-SiC和GaN-on-silicon工艺,以满足无线基础设施和国防应用的需求,并计划在2025年及以后推出新产品。
鉴于这些趋势,行业组织如半导体行业协会预计全球化合物半导体市场的复合年增长率(CAGR)将显著超过更广泛的半导体行业,直至2030年。主要增长驱动因素包括电动汽车的加速采用、高效电力电子的普及和下一代通信网络的推出。
总体而言,2025年至2030年期间预计将见证高接合化合物半导体制造领域的竞争加剧、产能扩张和技术突破,使该行业处于全球半导体市场演变的前沿。
技术创新:高接合设计与制造方法
高接合化合物半导体制造领域正在经历快速的技术演变,因为对更高效率、电源密度和微型化的需求在电力电子、射频通信和光电子等行业加速增长。2025年有望见证显著的进步,特别是在单个设备内集成多个接合和扩展先进外延生长技术方面。
最显著的创新之一是金属有机化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)工艺的改进,使得对复杂III-V和III-N化合物异质结构中各层的组成和厚度实现精确控制。领先制造商如ams OSRAM和京瓷正在利用这些方法生产用于高亮度LED、高级光电探测器和高效率太阳能电池的多接合器件。能够在层之间制造原子级锐利的界面对于带隙工程和增强载流子限制至关重要,直接影响器件性能。
在电力电子领域,氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)化合物半导体的兴起,结合垂直高接合架构,正在推动下一代高电压、高开关速度设备的发展。像Wolfspeed和英飞凌科技公司已展示了使用先进接合终止和沟槽结构的SiC和GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的可扩展晶圆生产。这些创新允许更高的击穿电压和改善的热性能——这是电动交通和可再生能源整合的关键属性。
此外,选择性区域生长和原子层沉积(ALD)的采用使得能够制造三维高接合架构,例如纳米线和量子阱基础的器件。imec和NXP半导体正在积极追求这些方法,以推进高频晶体管和下一代光电子组件。这些方法支持更紧密的器件集成、更低的寄生损耗以及在紧凑的占地面积内实现新功能。
展望未来,2025年及以后,高接合化合物半导体制造的规模将扩大至200mm甚至300mm的晶圆,这预计将推动成本效率和在汽车、工业以及5G/6G基础设施市场的更广泛采用。设备制造商、晶圆供应商和工具制造商之间的合作倡议正在加速这些技术的商业化,着重于提高良率、均匀性和适合大规模生产的可制造性。
顶级制造商和行业领导者(仅限官方来源)
2025年高接合化合物半导体制造领域由几家全球领导者主导,他们利用先进的工艺技术来应对电力电子、光电子和高频应用中对高性能设备日益增长的需求。这些制造商专注于在氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)和磷化铟(InP)等材料上的创新,以实现下一代应用所需的更高电压、频率和效率。
- Wolfspeed:作为SiC技术的先驱,Wolfspeed在高接合化合物半导体晶圆和器件制造方面处于前沿。2025年,该公司正在扩大其Mohawk Valley工厂,该工厂专门为200mm SiC晶圆设计——这是大规模生产高电压SiC MOSFET和肖特基二极管的重要一步,适用于汽车和工业电力电子。
- 意法半导体:STMicroelectronics继续扩展其SiC器件组合和制造能力,最近在意大利的卡塔尼亚和新加坡的工厂进行了投资。该公司已宣布战略合作伙伴关系,以确保SiC基板和外延的供应,确保高接合设备在电动汽车和可再生能源系统中的强大供应链。
- ON Semiconductor:onsemi正在提升其SiC生产能力,最近收购并升级了工厂,以支持150mm和200mm晶圆工艺。该公司的垂直整合方法——从基板生长到器件封装——使其成为高接合场效应晶体管(FET)和二极管的关键供应商。
- 英飞凌科技公司:Infineon Technologies是SiC和GaN器件制造的领导者。到2025年,其位于马来西亚的Kulim新设施预计将达到全面运营能力,显著提高SiC MOSFET和GaN HEMT的产量,应用于汽车逆变器和数据中心电源。
- ROHM半导体:ROHM Semiconductor继续投资于其SiC业务的垂直整合,专注于具有先进可靠性和效率的高接合设备。该公司正在扩大其在日本的Chikugo工厂,以满足汽车和工业应用的需求。
- IQE:IQE专注于化合物半导体的外延晶圆制造,特别是GaN和InP。该公司的先进外延工艺对于生产用于射频、光子学和电力电子的高接合设备至关重要。
2025年及以后的行业展望表明,领先制造商之间将进一步扩展产能、进行垂直整合和建立战略伙伴关系。重点仍然是在增大晶圆尺寸、改善缺陷密度和自动化生产线,以满足全球对高接合化合物半导体在电动出行、可再生能源和高速通信中的激增需求。
新兴应用:电力电子、5G和人工智能硬件
高接合化合物半导体——如氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)和砷化镓(GaAs)——在2025年越来越处于电力电子、5G通信和人工智能硬件的新兴应用的前沿。它们在高电压、高频率和高温下的工作能力使其成为下一代系统不可或缺的组成部分。
在电力电子领域,向电动汽车(EV)、可再生能源和工业自动化的过渡正在加速对SiC和GaN器件的需求。关键参与者如Infineon Technologies AG和Wolfspeed, Inc.正在扩大其SiC生产能力,以满足对汽车牵引逆变器和快速充电基础设施的预测需求。在2023年和2024年,Infineon Technologies AG宣布在新的SiC晶圆生产线上的重大投资,而到2025年,产量的提升预计将转化为更广泛的市场采用,特别是在800V级别的电动汽车架构中。
基于GaN的电力设备在消费类快速充电器和数据中心电源中获得了关注,因其效率和开关速度。Navitas Semiconductor和Transphorm, Inc.正在推动GaN-on-Si电源集成电路的大规模制造。到2025年,晶圆级制造和缺陷缓解的进展正在改善良率和成本结构,使GaN能够用于更高功率的应用,如工业驱动和并网逆变器。
在5G及更高频段领域,高接合化合物半导体对射频(RF)前端模块和大规模MIMO天线阵列至关重要。Qorvo, Inc.和Skyworks Solutions, Inc.正在扩大GaN和GaAs HEMT在5G基站和基础设施中的生产。到2025年,5G-Advanced的商业部署和对6G的研究正在推动对更高频率、更高功率RF组件的需求,化合物半导体使得在毫米波频段的操作成为可能。
人工智能硬件,特别是高性能计算加速器和边缘设备,开始利用化合物半导体的速度和热优势。在2024年,NXP Semiconductors N.V.和Infineon Technologies AG强调了用于AI推理和无线边缘处理的新GaN解决方案,预计在未来几年将推出更多新产品,随着制造技术的成熟。
展望未来,未来几年将继续投资于200mm晶圆制造、垂直器件架构和异构集成——这些趋势得到了主要制造商和行业联盟的支持。这些进展预计将使高接合化合物半导体在未来系统的电气化、连接性和智能化方面发挥关键作用。
供应链动态和材料采购挑战
高接合化合物半导体的制造——如基于氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)和砷化镓(GaAs)的产品——依赖于复杂的全球分布供应链。到2025年,该行业正在应对与材料采购、地缘政治影响以及为汽车、电力电子和通信领域的高性能应用扩展产能相关的持续和新兴挑战。
一个显著的供应链瓶颈是高纯度原材料的采购,特别是铟、碳化硅基板和稀土元素。例如,铟是GaN和GaAs晶圆的重要原料,主要作为铝土矿加工的副产品生产,中国控制着全球90%以上的产量。最近的出口限制和价格波动促使像京瓷公司和日亚化学工业这样的制造商多样化采购,并投资于回收计划以减轻风险。
SiC晶圆生产是另一个焦点,因为汽车行业对高效电力电子的需求激增。像Wolfspeed和Okmetic这样的供应商正在美国和欧洲扩展产能,旨在解决短缺问题并减少对亚洲供应商的依赖。然而,生长无缺陷SiC晶体的能源密集和技术要求高的特性导致了较长的交货时间和高成本。
随着对超纯前驱体化学品和专用外延工具的需求加深,来自AZ电子材料和ams OSRAM等少数供应商的采购变得更为复杂。任何层级的物流或制造中断都可能产生连锁反应,影响下游设备的制造进度。
为了稳定供应链,领先制造商正在签订长期供应协议并进行上游过程的垂直整合。例如,英飞凌科技公司已宣布投资于内部晶圆处理和与原材料生产商的直接关系,以确保供应安全,特别是针对汽车级SiC设备。
展望未来几年,行业前景谨慎乐观。预计在回收、替代材料和区域多样化方面的持续投资将缓解一些压力。然而,行业必须保持警惕,因为进一步的地缘政治变动或干扰可能迅速影响高接合化合物半导体材料的供需之间的微妙平衡。
竞争格局:战略举措和合作伙伴关系
高接合化合物半导体制造的竞争格局在2025年正经历显著变化,主要行业参与者加大了战略联盟、投资和技术交流,以应对电力电子、汽车和5G应用中对高性能设备的激增需求。主要制造商正在利用合作伙伴关系加速创新、扩大生产,并在持续的全球芯片短缺中确保供应链。
在2025年初,英飞凌科技公司宣布在奥地利显著扩大其化合物半导体产能,专注于碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)高接合设备。这一举措补充了英飞凌与汽车OEM和电源模块供应商的持续合作,以量身定制电动汽车和可再生能源系统的下一代电力解决方案。同样,Wolfspeed, Inc.继续扩大其位于纽约的Mohawk Valley工厂,该工厂专注于200mm SiC晶圆的生产,从而实现更高的良率和降低高接合组件的成本。该公司还与一流的汽车和工业合作伙伴签订了多年供应协议,以确保对先进SiC设备的下游访问。
亚洲铸造厂也在进行战略举措。Cree, Inc.(以Wolfspeed的名义运营)和ROHM株式会社通过共同投资于高电压SiC MOSFET和肖特基二极管的新制造线加深了合作。同时,ON Semiconductor扩大了与越南VNPT Technology的合作,旨在将其GaN设备供应链的部分本地化并增强区域韧性。
在欧洲,意法半导体和GLOBALFOUNDRIES已完成在法国新建300mm晶圆厂的联合投资,目标是传统和化合物半导体市场。预计该设施将在2025年底前启动先进SiC和GaN高接合设备的试点生产,得到主要汽车和工业客户的多年采购承诺的支持。
展望未来,该行业正在见证更多的联盟形成和公私合作伙伴关系,通常得到国家和欧盟层面资金的支持,以增强欧洲和亚洲在化合物半导体制造中的战略自主权。这些合作预计将加速创新周期,推动成本效率,并确保高接合设备制造能力在2020年代后期的稳定发展。
监管和标准更新(2025年及以后)
高接合化合物半导体制造的监管环境在2025年及以后的几年中有望发生重大变化,主要受到该行业在下一代电子、通信和汽车应用中不断扩大的作用的推动。监管机构和标准组织正在应对先进化合物半导体(如氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)和碳化硅(SiC)设备)所带来的独特环境、供应链和技术挑战,这些设备用于高功率和高频率应用。
2025年最显著的监管趋势之一是出口管制和供应链监督的收紧,尤其是由于化合物半导体被视为国家安全和先进技术领导力的关键。美国工业与安全局(BIS)继续更新其商务管制清单,最近的新增项目针对特定的III-V和宽带隙半导体制造设备和前驱材料。这些更新旨在保护敏感技术,同时确保与盟国的持续合作。
在环境方面,美国环境保护局(EPA)和欧洲化学品管理局(ECHA)正在加强对涉及化合物半导体制造的有害物质(如砷和铟化合物)的审查。新的和即将出台的指令将要求制造商实施先进的废物管理、排放控制和工人安全协议,以符合欧盟绿色协议和美国CHIPS与科学法案的可持续性条款所设定的更广泛的可持续目标。
标准化机构也在加速努力,以协调行业内的技术规范。SEMI国际标准计划已经扩大其范围,不仅限于硅,还包括针对高接合化合物半导体的新过程控制指标、晶圆质量参数和可靠性测试方法。值得注意的是,最新更新的SEMI MS标准现在解决了SiC和GaN基板的独特热和电特性,促进了全球供应链的互操作性和质量保证。
展望未来,Cree | Wolfspeed、onsemi和英飞凌科技公司等行业领导者在监管讨论和联盟中的积极参与将对应对不断变化的合规要求至关重要。这些公司正在积极参与塑造未来的设备可靠性、可追溯性和可持续性标准。随着监管复杂性的增加,制造商、标准组织和政府之间的合作将是确保高接合化合物半导体的创新能够顺利进行,同时保持安全、保障和环境责任的关键。
投资趋势和融资机会
在2025年,高接合化合物半导体制造的投资活动正在加剧,主要受到对下一代电力电子、5G/6G基础设施、电动汽车和先进光子学的需求推动。关键材料如氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)和磷化铟(InP)因其优越的电子迁移率和热性能而处于前沿,相较于传统硅材料。
主要半导体制造商正在增加其资本支出并建立新合作伙伴关系,以扩展制造能力。在2025年初,Wolfspeed宣布继续投资于其位于纽约的200mm SiC晶圆设施,建立在其之前13亿美元的承诺基础上,以扩大SiC生产。同样,英飞凌科技公司正在增加对其位于马来西亚Kulim设施的投资,重点是扩大汽车和可再生能源领域的SiC和GaN器件制造。
风险投资和政府资金也在流入该行业。美国的CHIPS与科学法案以及欧盟的倡议正在向先进化合物半导体制造提供数十亿美元的激励和补助。例如,onsemi已获得联邦支持,以加速其在美国的SiC产能扩张,旨在提高供应链的韧性和国内高接合设备的生产。
初创公司吸引了显著的早期资金,特别是那些开发新型外延生长技术或高效率器件架构的公司。由战略投资者(包括像意法半导体和NXP半导体这样的行业巨头)领导的近期融资轮正在推动垂直GaN和超高电压SiC晶体管的创新。
展望未来,行业分析师预计到2027年投资将持续增长,全球高接合化合物半导体的产能预计将从2023年的水平翻倍。公私合营和合资企业(如ROHM半导体与汽车OEM之间的合作)预计将大量增加,特别是在亚太地区,该地区正在迅速扩展制造基础设施,以支持电动出行和电网现代化。
总体而言,化合物半导体行业的强劲融资环境,得益于成熟制造商的直接投资和协调的政府政策,预计将在未来几年加速高接合设备制造的规模和技术进步。
未来展望:颠覆性趋势和长期情景
高接合化合物半导体制造的格局在2025年及未来几年有望发生变革性变化,多个颠覆性趋势正在塑造长期行业情景。推动这一演变的核心是对先进电力电子、高频通信和光电子设备的日益增长的需求,这些需求正在推动材料、器件架构和制造工艺的创新。
最显著的趋势之一是宽带隙材料的普及——特别是氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)——使得相较于传统硅基设备能够实现更高的接合电压、改善的热性能和更高的能效。主要制造商如Cree | Wolfspeed和onsemi正在通过新设施和工艺增强来扩大其制造能力,以满足汽车、可再生能源和数据中心市场日益增长的需求。例如,Cree | Wolfspeed最近启用了新的SiC晶圆制造工厂,旨在在未来几年显著提高高接合电力设备的产量。
与此同时,外延生长技术的进步——如金属有机化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)——使得能够制造具有日益复杂的多接合架构的设备。这对于高效率太阳能电池和下一代LED尤其相关,其中分层的化合物半导体结构是性能提升的关键。领先的设备供应商如Veeco Instruments Inc.正在积极开发针对高接合设备生产的新MOCVD平台,预计将在整个行业中得到更广泛的采用。
在硅基板上集成化合物半导体是另一个新兴前沿。像意法半导体这样的公司正在推进异构集成技术,这种技术承诺将化合物半导体的高性能与硅铸造厂的成本效率和可扩展性相结合。这种方法预计将在5G/6G射频组件和先进传感器阵列的商业化中发挥关键作用。
展望未来,关键原材料(如高纯度GaN和SiC基板)的全球供应链仍将是一个重点。包括Coherent(前身为II-VI Incorporated)在内的行业参与者正在扩大基板生产并投资于晶体生长技术,以应对预期的短缺并确保质量一致性。
总之,未来几年高接合化合物半导体制造将受到材料创新、工艺集成和先进制造规模化的推动。这些趋势不仅会颠覆现有市场,还将解锁在能源、出行和通信领域的新应用,为行业的长期转型奠定基础。
来源与参考文献
- Wolfspeed
- imec
- ams OSRAM
- ROHM Semiconductor
- Wolfspeed
- Infineon Technologies AG
- STMicroelectronics
- NXP Semiconductors
- Semiconductor Industry Association
- IQE
- Skyworks Solutions, Inc.
- Nichia Corporation
- Okmetic
- U.S. Bureau of Industry and Security (BIS)
- European Chemicals Agency (ECHA)
- Veeco Instruments Inc.