站在“新基建”海潮上的第三代半导体财富 （下）

本文为祥峰投资对第三代半导体财富研究内容，个中包括了各原料机能比拟与原料应用范畴，利便从底层相识半导体财富成长，系列文章较长，提议保藏阅读。本文为上篇，上篇请点击：第三代半导体财富（上）

在上一期的“站在‘新基建’海潮上的第三代半导体财富 （上）”中，我们环绕“新基建”的焦点原料——第三代半导体做了概述，对当下局限化商用最首要的氮化镓 (GaN) 器件和碳化硅 (SiC)器件加以解构。

在本次陈诉的下篇，我们将进一步归纳总结第三代半导体芯片在财富链的各个环节(衬底、外延、计划、制造、封装)的要害技能，梳理海表里首要厂商，并对本次第三代半导体财富研究陈诉做以总结。

1、第三代半导体芯片财富链：衬底、外延、计划、制造、封装

GaN和SiC芯片的财富链与硅芯片相同，首要分为晶圆衬底、外延、计划、制造和封装等环节。

衬底

当前的GaN器件的常用衬底有以下4种：

Si衬底：半导体财富成长最成熟衬底，应用最广，晶体质量高、尺寸大、本钱低、易加工，价值自制，今朝GaN产物上行使的Si衬底根基是6英寸的，也有部门公司实现8英寸的商用。

蓝宝石衬底（Al2O3）：出产技能成熟、器件质量、不变性都较好，可以或许运用在高温发展进程中，机器强度高，易于处理赏罚和洗濯，普及应用于LED财富。

SiC衬底：凭证晶体布局首要分4H-SiC和6H-SiC，4H-SiC为主流产物，凭证机能首要分为半导电型和半绝缘型。硅片拉晶时和单晶种子巨细无关，可是SiC的单晶种子的尺寸却直接抉择了SiC的尺寸，今朝主流尺寸是4-6英寸，8英寸衬底已由II-VI公司和Cree公司研制乐成。半导电型SiC衬底以n型衬底为主，首要用于外延GaN基LED等光电子器件、SiC基电力电子器件等。半绝缘型SiC衬底首要用于外延制造GaN高功率射频器件。SiC衬底市场的首要供给商有美国Cree（Wolfspeed）、DowCorning、日本罗姆、美国II-VI、日本新日铁住金、瑞典Norstel（中国成本收购）等。Cree公司的SiC衬底占有整个市场40%阁下的份额，其次为Ⅱ-Ⅵ公司、日本ROHM，三者合计占有75%阁下的市场份额，海内有山东天岳、天科合达等公司。6”半导电型衬底均价约为1200美元，6”衬底价值在4”衬底价值2倍以上。

GaN单晶衬底：主流产物以2~4英寸为主，6英寸乃至8英寸的也已经实现商用。GaN衬底首要由日本公司主导，日本住友电工的市场份额到达90%以上。我国今朝已实现财富化的企业包罗苏州纳米所的苏州纳维科技公司和北京大学的东莞市中镓半导体科技公司。

以下重点对三种衬底做具体说明。

SiC硅衬底

90%以上的集成电路芯片是用硅片作为衬底制造出来的，整个信息财富就是成立在硅原料之上。

单晶硅制备流程：硅石（SiO2）>家产硅（粗硅）>高纯的多晶硅 >硅单晶。

大尺寸硅片是硅片将来成长的趋势，今朝8英寸硅片首要用于出产功率半导体和微节制器，逻辑芯片和存储芯片则必要12英寸硅片。2018年12英寸硅片环球市场份额估量为68.9%，到2021年占比估量晋升至71.2%。12英寸硅片首要被NAND和DRAM需求驱动，8英寸首要被汽车电子和家产应用对功率半导体需求驱动。恒久看12英寸和8英寸依然是市场的主流。

半导体硅片投入资金多，研发周期长，是技能壁垒和资金壁垒都极高的行业。今朝环球硅片市场处于寡头把持排场。2018年环球半导体硅片行业贩卖额前五名企业的市场份额别离为:日本信越化学28%，日本SUMCO 25%，中国台湾举世晶圆14%，德国Siltronic13%，韩国SKSiltron9%，前五名的环球市场市占率靠近90%，市场齐集度高。

资料来历：华经谍报网，智研资讯，中港证券研究所

SiC衬底

今朝发展碳化硅单晶最成熟的要领是物理气相输运（PVT）法（升华法），又称改善的Lely法，其发展机理是在高出2000 ℃高温下将碳粉和硅粉升华解析成为Si原子、Si2C分子和SiC2分子等气相物质，在温度梯度的驱动下，这些气相物质将被输运到温度较低的碳化硅籽晶上形成碳化硅晶体。通过节制PVT的温场、气流等工艺参数可以发展特定的4H-SiC晶型。单晶棒再举办切割、抛光等工艺，建造成衬底片。

“高质量、大尺寸的碳化硅单晶原料是碳化硅技能成长主要办理的题目，一连增大晶圆尺寸、低落缺陷密度（微管、位错、层错等）是其重点成长偏向。”

* SiC质料部门处于高温中，温度约莫在2400～2500摄氏度，碳化硅粉逐渐解析或升华，发生Si和Si的碳化物殽杂蒸汽，并在温度梯度的差遣下向粘贴在坩埚低温地区的籽晶外貌运送，使籽晶逐渐发展为晶体。

GaN衬底

由于氮化镓原料自己熔点高，并且必要高压情形，很难回收熔融的结晶技能建造GaN衬底，今朝首要在Al2O3蓝宝石衬底上发展氮化镓厚膜建造的GaN基板，然后通过剥离技能实现衬底和氮化镓厚膜的疏散，疏散后的氮化镓厚膜可作为外延用的衬底。这种基板早年的主流是2英寸口径，此刻呈现了4～6英寸的基板。利益是位错密度明明低，但价值昂贵，因此限定了氮化镓厚膜衬底的应用。

氨气相法（或HVPE法）：操作氨气相法必要1000℃以上的发展温度。因此，作为在高温氨气下特征依然不变的基板，单晶蓝宝石（Al2O3）受到存眷。因为GaN与蓝宝石的化学性子（化学键）、热膨胀系数和晶格常数相差较大，在蓝宝石上发展的GaN晶体外貌像磨砂玻璃一样粗拙。并且晶体缺陷很是多，无法得到可以或许用于半导体元件的高品格GaN。1986年，名古屋大学工学部传授赤崎勇开拓出了“低温会萃缓冲层技能”。该技能操作氮化铝（AlN）作为缓冲层举办会萃，可以在蓝宝石基板上发展晶体缺陷少并且外貌平展的GaN晶体。

GaN衬底出产工艺

（编辑：河北网）

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