2024年4月29日发(作者：)

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第一代、第二代、第三代半导体材料是什么?有什么区别

第一代半导体材料概述第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗元素（Ge）半导

体材料。作为第一代半导体材料的锗和硅，在国际信息产业技术中的各类分立器件和应用极为普

遍的集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的

新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用，硅芯片在人类社会的每一个角落无不闪烁着它

的光辉。

第二代半导体材料概述第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、

锑化铟（InSb）；三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP；还有一些固溶体半导体，如Ge-Si、

GaAs-GaP；玻璃半导体（又称非晶态半导体），如非晶硅、玻璃态氧化物半导体；有机半导体，

如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

第二代半导体材料主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、

毫米波器件及发光器件的优良材料。因信息高速公路和互联网的兴起，还被广泛应用于卫星通讯、

移动通讯、光通信和GPS导航等领域。

第三代半导体材料概述第三代半导体材料主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌

（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带（Eg》2.3eV）半导体材料。在应用方面，根

据第三代半导体的发展情况，其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及

其他4个领域，每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域，宽禁带半导体还处于实验室研

发阶段。

和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有宽的禁带宽度，高的击穿电场、

高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及

大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料（禁带宽度大于2.2ev），也称为高温半导体材料。

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第三代半导体材料应用领域1、半导体照明

蓝光LED在用衬底材料来划分技术路线。GaN基半导体，衬底材料的选择就只剩下蓝宝石

（（Al2O3）、SiC、Si、GaN以及AlN。后两者产业化为时尚远，我们讨论下前三者。总的来说，

三种材料各有千秋。蓝宝石应用最广，成本较低，不过导电性差、热导率低；单晶硅衬底尺寸最

大、成本最低，但先天巨大的晶格失配与热失配；碳化硅性能优越，但衬底本身的制备技术拉后

腿。

全球LED衬底市场分析：普莱西、晶能光电和三星主要使用硅衬底，但是技术起步晚，目

前产业规模较小，市场占有率低；Cree公司主要采用碳化硅衬底，但是由于其成本问题，加上

专利垄断，几乎没有其他企业涉足。中村修二领导的Soraa公司据知正在采用氮化镓（GaN）

衬底，这是良好的LED衬底材料，但是比蓝宝石更昂贵，并且生产尺寸也受到限制，也不能够

被大量采用。因此，蓝宝石衬底得以迅速发展，占据主流市场。

根据IHS最新研究情报显示，在2015年全球96.3%的LED生产均采用蓝宝石衬底，预计

到2020年该数据将会上升到96.7%。2015年主要得益于价格下跌，蓝宝石应用市场才得以提

振。尤其是4英寸晶圆在2015年占据了55%的市场份额，其中9.9%是被三星、首尔半导体、

晶元光电等大厂分割；6英寸晶圆产能也持续增长，主要以欧司朗、Lumileds公司、LG化学和

科锐等厂商为首选。

2、功率器件

许多公司开始研发SiC MOSFET，包括科锐（Cree）旗下Wolfspeed（被Infineon收购）、

罗姆、意法半导体、三菱和通用电气。与此相反，进入GaN市场中的玩家较少，起步较晚。

2015年，SiC功率半导体市场（包括二极管和晶体管）规模约为2亿美元，到2021年，

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