来源：内容由半导体行业观察（ID:icbank）转载自公众号「基业常青研究院」，谢谢。
1833年，英国科学家法拉第发现硫化银特有的与金属相反的导电特性，拉开了半导体行业的大序幕。随后的半个世纪，光生伏特效应、光电导效应、半导体整流效应逐步被发现。奠定了半导体行业的理论基础。
20世纪40年代，随着第一个晶体管的发明，半导体产业进入快速发展期。随后20世纪60年代，第一只发光二极管和半导体激光二极管的发明，开创了信息产业时代。
半导体材料发展至今经历了三个阶段：以硅（Si）为代表的第一代半导体材料，奠定了微电子产业的基础；以砷化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料，开创了微波射频半导体的时代，奠定了通信半导体的基础；以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料，实现了适应更高温、高频、抗辐射的大功率器件的制造。
第三代半导体最主要的两个材料是SiC和GaN，此外，还有众多其它的高性能第三代半导体材料。总体可分为III族氮化物（GaN, AlN、InN 、InGaN、InAlN、AlGaN、AlInGaN等）、氧化物半导体（包括ZnO, CaTiO3, IGZO, β-Ga2O3 ,TiO2）、金刚石半导体等。
第三代半导体又称宽禁带半导体，禁带宽度在2.2eV以上，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点。进一步满足了现代工业对高功率、高电压、高频率的需求。
Si的制备工艺成熟、成本低廉、自然界储备量大，应用广泛。硅半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，且Si提纯与结晶方便，易形成高纯度膜，绝缘性能较好。但Si元素的特性决定了只能做低频、低压、低功率或中功率晶体管、光电探测器。Si基IGBT可应用在高压领域，但IGBT高频特性较差。
GaAs生长工艺较成熟，有较好的电子迁移率、带隙等材料特性。适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、亳米波器件及发光器件的优良材料。但是禁带宽度不够大、击穿电场较低，限制了其在高温高频和高功率器件领域的应用，且砷有毒，污染环境。
第三代半导体耐高压、耐高温、抗辐射、导电性能强、工作频率快、工作损耗低。适应高温、高频、抗辐射的大功率器件;蓝、绿、紫光二极管、半导体激光器；成为5G时代主要微波功率器件的优良材质。
但目前SiC生长温度高，且质地坚硬，后续的切割、抛光等工艺难度大。此外封测等环节工艺制成仍不成熟，成本较高。
但随着技术的不断进步，良率提升后可大规模推广，目前行业处于爆发前夕。
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第三代半导体为电气化社会不可或缺的底层技术
第三代半导体可广泛应用于光电子器件、电力电子器件和微波半导体器件。光电子器件可用作发光二极管、激光器、探测器等方面，用途广泛。电力电子器件是支撑现代工业的基础性电子元器件。微波半导体器件中，微波射频、功率放大器等均为电力电子与信息技术中不可或缺的底层技术。
电力电子器件又叫功率器件、功率半导体器件，是实现电能转换、电路控制的核心器件，主要包括二极管、SBD、JBS、MOSFET、JFET、BJT、IGBT在汽车、工业控制、电力（光伏、风电、电网）、轨道交通、家用电器、航空航天等方面有广泛的应用。
第一代半导体硅适用于低电压(60V及以下)和低功率，第三代半导体中GaN适用于电压(60V—1200V)和中等范围功率，SiC在1200V以上优势明显，Si基IGBT和SiC电力电子器件适用于中高电压(1200V及以上)和高功率。
功率半导体的应用领域非常广泛，根据Yole数据，2019年全球功率半导体市场规模为381亿美元，预计到2022年达到426亿美元，复合增长率为3.79%。2020年功率半导体市场规模达393亿美元，占全球半导体市场的4%。
射频功率组件需求强劲，有望进入快速发展期。在民用射频器组件中，功率器件占据了较大的市场份额。而得益于5G基站建设、小型基站增补，射频功率器件市场有望走出低潮，进入快速发展阶段。根据Yole预期，射频功率组件市场有望在2022年达到25亿美元；而在这其中，基站设施与无线回程网络等组件占比接近一半，2016-2022年间CAGR分别达到12.5%、5.3%。民用端的强势需求，将在未来几年持续推动射频功率组件市场发展。
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国内政策持续助力第三代半导体关键技术突破及产业化
“中国制造 2025”计划中明确提出要大力发展第三代半导体产业。2015年5月。国家科技部、工信部、北京市科委牵头成立第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA），对推动我国第三代半导体材料及器件研发和相关产业发展具有重要意义。近年来政策法规的出台，为碳化硅半导体的发展提供了良好的政策环境，推动了碳化硅产业迅速发展。
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潜在百亿级市场空间，SiC新能源汽车为巨头必争之地
1.SiC产业链壁垒高、流程长，国内起步晚与国外巨头仍有较大差距
碳化硅在早期因其硬度主要作为磨料使用，应用于半导体首先始于碳化硅单晶的制备方法革新。1955年飞利浦发明Lely法制备碳化硅单晶，此方法是之后所有改良碳化硅制备方法的鼻祖。上世纪六、七十年代，苏联引领了碳化硅的研究。1978年，苏联科学家发明Lely法改良版：PVT法。1979年，第一个碳化硅发光二极管问世，碳化硅开始应用于半导体行业。1997年美国公司Cree成功将碳化硅晶圆产业化。如今碳化硅已经广泛应用于功率器件、5G射频芯片等。
我国第三代半导体起步晚，与国外巨头仍有较大差距。2013年中国科技部863计划将第三代半导体列入战略发展产业。随后政策与资金扶持相继开展，催化我国第三代半导体产业向前快速发展。与国外差距逐步缩小。目前我国已经实现6英寸SiC衬底量产。
SiC 功率器件生产过程主要分为三步：第一步是碳化硅单晶的制造；第二步是在单晶晶圆的基础上，对碳化硅衬底的加工和外延的制造；第三步是设计与制造碳化硅功率器件。对应的是产业链衬底、外延、器件与模组三大环节。SiC的下游应用偏向1000V以上的中高电压范围功率器件。
SiC晶体通常用Lely法和PVT法制造，国际主流产品正从4英寸向6英寸过渡，且已经开发出8英寸导电型衬底产品，国内衬底以4英寸为主。由于现有的6英寸的硅晶圆产线可以升级改造用于生产SiC器件，所以我们预计6英寸SiC衬底的高市占率将维持较长时间。
SiC外延通常用化学气相沉积（CVD）方法制造，根据不同的掺杂类型，分为n型、p型外延片。
国内碳化硅产业链当中，碳化硅衬底和设计、封装公司数量最多。提供设备、晶圆、外延制造等的公司较少。
2.SiC功率半导体CAGR超30%，2025年可达25.62亿美元
碳化硅在半导体领域多用于功率器件。碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求，在电动车、充电桩、风电、光伏、5G基站、数据中心建设、轨道交通、智能电网等领域找到增长点。
作为功率器件整体市场中最主要的细分市场之一，汽车领域也是SiC功率半导体最大的下游应用领域。2019年SiC功率半导体整体市场约5.41亿美元，其中新能源汽车领域市场规模为2.25亿美元，占整体的41.6%，且未来保持高速增长，2019-2025年CAGR高达38%，高于SiC功率器件整体市场增速。除了新能源汽车的直接拉动外，大功率充电桩对于SiC的需求更加旺盛，2019-2025CAGR高达90%。此外，轨道交通、储能等领域均保持较高速度的增长。根据Yole Développement的预测，2025年，SiC功率半导体整体市场空间将达到25.62亿美元，2019-2025年整体CAGR超过30%。
对于我国市场而言，功率器件的下游应用新增长点多在新能源汽车，家电和工控行业，其中车载功率器件的应用空间最广。目前SiC器件在电动汽车上的应用主要是功率控制单元（PCU）、逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等方面。
根据麦肯锡统计数据，功率半导体为电动汽车成本最主要组成部分，纯电动汽车的半导体成本为 704 美元，比传统汽车 350 美元高出近 1 倍，其中功率半导体的成本为 387 美元，占总成本的 55%，成本占比过半。电动车需求的不断上升将带来SiC需求的不断上升和对SiC成本下降的需求，但是相比于硅器件5-6倍的成本仍是其推广的最大掣肘。
特斯拉2018年在Moldel 3主驱电路上采用SiC功率模块，2020年比亚迪也在其新能源汽车“比亚迪·汉”上采用SiC功率模块。而SiC功率模块在奔驰、奥迪、现代、大众等传统汽车巨头均处于导入阶段。自2000年第一个SiC器件诞生以来，碳化硅衬底功率器件制造技术在近年逐步成熟，并快速推广应用，正掀起一场节能减排和新源领域的巨大变革。
受益于下游需求爆发，意法半导体、英飞凌、ON半导体等国际巨头，纷纷与上游晶圆厂Cree、 Sicrystal签订SiC 晶圆的长期供货协议。国内玩家紧跟国际趋势，纷纷涉足SiC产业链，已经在国内形成了完整的上下游产业链。2020年COVID-19爆发，并未对SiC功率半导体的造成太大的影响。随着疫情的消散，全球经济重回正规， SiC的未来可期。
国际上600~1700V SiC SBD、MOSFET器件已经实现产业化，主流产品耐压水平在1200V以下，封装形式以TO封装为主。目前全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大，占有全球SiC产量的70%~80%，碳化硅晶圆市场CREE一家独大，主要企业有Cree、Transphorm、II-VI、道康宁等；欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，具有强大的话语权，主要企业包括Siltronic、意法半导体、IQE、英飞凌等；日本产业链完整，在设备与模块方面具有绝对领先优势，主要企业包括松下、罗姆、住友电气、三菱、瑞萨电子、富士电机。
我国已实现全产业链的自主可控。第三代半导体核心难点在SiC单晶衬底材料的制备，天科合达、山东天岳等企业已实现6英寸SiC晶圆的大规模制备。在高技术壁垒的半绝缘型SiC领域也已实现量产。
器件设计领域涌现了瞻芯电子、苏州锴威特、忱芯科技、派恩杰等一批优秀的初创公司。泰科天润、中车时代、杨杰电子、瑞能半导体、基本半导体等则采取IDM的模式。
虽然国内产业链完整，但车规级芯片仍几乎由Cree、Rohm、II-VI公司等垄断。国外巨头研发投入大、布局时间早，在技术积累、人才、资金、组织运营等方面对国内企业具有强大的领先优势。虽然长期来看国产替代趋势确定，但短期来看，车规级功率器件门槛高，突破难度大。
4.技术壁垒极高寡头垄断，降本及可靠性迭代验证驱动行业发展
SiC单晶衬底的壁垒较高，主要体现在控制SiC晶体的核心参数，包括微管密度、位错密度、电阻率、翘曲度、表面粗糙度等。这需要在密闭高温腔体内进行原子有序排列并完成晶体生长、同时控制参数指标，后将生长好的晶体加工成可以满足半导体器件制造所需衬底。随着碳化硅晶体尺寸的增大及产品参数要求的提高，生产参数的设定和动态控制难度会进一步提升。
目前上游的晶片基本被美国CREE 和II-VI 等美国厂商垄断。以导电型碳化硅晶片为例，2018年美国公司碳化硅晶片产量占全球碳化硅晶片产量的70%以上，剩余份额主要分布于日本和欧洲，国内公司的产量总和小于3%。2020上半年全球半导体SiC晶片市场中，美国Cree出货量占据全球45%；罗姆子公司SiCrystal占据20%，II-VI占13%；中国企业发展较快，国内头部企业市占率逐步提升。其中，天科合达的市占率由2019年的3%上升至2020年的5.3%。
功率半导体下游包括SiC功率芯片设计、芯片制造和模块的设计、封装和测试，其中，芯片设计是核心。目前，功率器件的向着低损耗、高性能、小型化的方向发展。IGBT和MOSFET是最主流、最先进的芯片结构。SiC器件的壁垒和难点大部分集中在SiC晶体的生长和晶圆制造方面，但功率器件设计行业依然具有着极高的技术壁垒、人才壁垒、资金壁垒。意法半导体、科锐、罗姆、英飞凌等巨头几乎垄断第三代半导体功率器件。全球前10中，仍然缺乏中国企业身影。
成本和可靠性验证制约产业发展。
SiC衬底成本高，导致SiC器件的成本是Si的4-5倍。SiC器件产品参数和短路耐受性仍需进一步验证。自2018年特斯拉Model 3中率先使用了SiC MOS功率模块，标志着SiC通过车规级认证，其技术已经成熟。但一些产品参数如短路耐受时间等缺乏足够多数据验证，SiC MOS在车载和工控等领域的大规模推广应用仍需时间。
降本推动市场下沉。SiC器件的成本是Si 的4-5 倍，随着SiC晶圆尺寸提高、缺陷密度降低、生长速度加快，叠加规模效应，产业链上下游密切配合，SiC器件成本有望快速下降，推动市场下沉。随着上游材料器件纷纷扩产上线，未来2~3年后市场供应加大，价格将进一步下降，预计价格达到对应Si产品2~3倍时，由系统成本减少和性能提升带来的优势将推动SiC逐步占领Si器件的市场空间。
目前，我国已经是世界上最大的功率器件市场之一，但国产缺口巨大。美国一家独大，欧洲日本瓜分其他份额，行业CR5 72%。
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GaN成本优于SiC，快充及大功率射频率先放量
1.GaN更容易实现异质外延，成本优势明显更具应用潜力
氮化镓（GaN）是极其稳定的化合物，高熔点、高硬度，熔点为 1700℃。GaN 具有出色的抗击穿能力、更高的电子密度和电子速度以及更高的工作温度。GaN 的能隙为4eV，且具有低导通损耗、高电流密度等优势。
GaN作为第三代半导体材料的代表，与第一、二代半导体材料相比，能够在更高压、高频、高温的环境下运行。
GaN单晶生长极其困难，由于工艺和成本问题，GaN-on-GaN尚未得到大规模商用。GaN在应用时需要在其它类型的衬底上生长GaN的外延层。根据衬底材料的不同，GaN可以分为GaN-on-SiC，GaN-on-Si，GaN-on-GaN和GaN-on蓝宝石四种类型，其衬底材料分别为SiC、Si、GaN、蓝宝石。
与SiC相比，GaN更容易与Si等传统半导体衬底材料兼容，因此具有一定的成本优势，更具应用潜力。GaN应用范围包括高频、高功率的功率半导体器件（主要是消费领域）、微波半导体器件（射频）、光电子器件（半导体照明、激光器）等领域的应用不断扩大。
2. GaN在功率半导体器件、微波半导体器件、光电子行业前景广阔
与SiC基功率半导体相比，GaN更适用于高频、中等电压，其最佳状态在60V至1200 V范围内。
其主要应用场景为消费电子，除此之外还包括新能源汽车、智能电网、高速轨道交通、电信技术设施等。
手机、平板电脑和手持游戏设备等充电器和适配器市场应用广泛。快速充电需要更高的功率，意味着更大的设备体积。GaN具备高频高效、极低损耗、快速散热等特点，有助于实现产品的高效率和小体积。
由于功率的提升，选用传统的硅MOS作为主开关管效率较低、发热较大，无法实现紧凑的设计。
英诺赛科33W GaN快充方案效率92%以上，相比目前市面上主流的20W Si方案，功耗降低3个百分点。
由于发热减少，实际应用中可以省掉散热片，从而实现小尺寸的紧凑型氮化镓快充方案。目前英诺赛科33W GaN功率密度可达1.88W/cm³，相当于苹果现有20W Si MOSFET快充方案的2倍以上。
在汽车电子领域，GaN可应用与总线系统、激光雷达以及LED前照灯。对于总线系统，GaN技术可提高效率、缩小尺寸并降低系统成本。激光雷达使用脉冲激光快速为车辆提供周围环境的高分辨率三维图像，GaN技术可使激光信号发送速度远高于同类硅MOSFET器件。从而提高测量距离、反应速度，此外通过更高的效率，实现更高系统效率。用于高强度LED前照灯时，GaN技术可提高效率，改善热管理并降低系统成本。而更高的开关频率允许在AM波段以上工作并降低EMI。
（二）
GaN应用于高温、高频、大功率射频优势明显
微波射频器件是实现信号发送和接收的基础部件，是无线通讯的核心。
GaN应用于高温、高频、大功率射频优势明显。电信行业不断要求更高的数据速率，工业系统不断需要更高的分辨率，这要求电子设备工作频率的不断上升。因此射频功放的带宽越来越宽、功率越来越高。采用GaN能够大幅简化输出合成器、减少损耗，因而可以提高效率，减小芯片尺寸。
近年来，GaN逐渐成为射频功率应用中LDMOS和GaAs的重要竞争对手，其性能和可靠性不断提高。LDMOS 技术受低频限制，GaAs能够满足100GHz以上工作，但其低导热率和工作电压限制了其输出功率水平。GaN-on-SiC在高频下可提供数百瓦的输出功率，并能提供雷达系统所需的坚固性和可靠性。同时可显著降低射频功率晶体管的数量、系统复杂性和总成本。
现行GaN器件以GaN-on-SiC及GaN-on-Si两种晶圆为主进行制造。其中GaN-on-SiC适合应用在高温、高频的操作环境。在散热性能上具优势，以5G基站射频应用最多，预期未来在5G商用带动下，具有庞大市场商机。20年前，第一批GaN-on-SiC和GaN-on-Si器件几乎同时出现，但GaN-on-SiC技术更加成熟。目前在射频GaN市场上占主导地位的是GaN-on-SiC。GaN-on-Si具有成本优势，在功率半导体器件领域率先展开应用。未来随着GaN-on-Si异质外延技术的成熟，有望在5G、sub 6G领域逐渐渗透。
目前GaN微波半导体器件运用以5G基础设施为主。对于消费电子设备如手机来说，GaN成本高、供电电压高，与手机微波器件需求匹配度差。但若未来通过改进GaN射频元件特性，仍有可能应用于手机。无论如何，GaN已成为高频、大功耗应用技术首选，包括需高功率水平的传输讯号或长距离应用，例如基地台收发器、雷达、卫星通信等。
GaN音频放大器具有更小的尺寸和卓越的音频质量。GaN具有极高的开关速度，比硅基MOSFET快1000倍。GaN Systems的一份白皮书显示，基于GaN的D类放大器可以产生0.004%的总谐波失真(THD) ，接近完美晶体管，而硅产品为0.015%。
GaN是蓝光LED的基础材料，在MicroLED、紫外激光器中有重要应用。MicroLED是新一代显示技术，比现有的OLED亮度更高、更容易准确调校色彩、发光效率更好，功耗更低。有望成为继OLED之后的另一项推动显示品质的技术。GaN-on-Si技术是制造MicroLED芯片的天然选择。
GaN还是制备紫外光器件的良好材料，紫外光电芯片在军事及民用领域均有广阔的应用场景。典型的军事应用有灭火抑爆系统（地面坦克装甲车辆、舰船和飞机）、飞机着舰（陆）导引、空间探测、核辐射和生物战剂监测、爆炸物检测等；典型的民用应用有：火焰探测、电晕放电检测、医学监测诊断、水质监测、大气监测、刑事生物检测等。
基于氮化镓半导体的深紫外发光二极管（LED）是紫外消毒光源的主流发展方向，其光源体积小、效率高、寿命长。具备LED冷光源的全部潜在优势，是公认的未来替代紫外汞灯的绿色节能环保产品。但深紫外LED技术门槛很高，目前仅在一些高端领域得到批量应用。目前市场上主要以日本、韩国厂商为主，不过越来越多的国内半导体公司入局。
3.消费电子快充设备快速普及与5G商用推动GaN高成长
根据Yole的预测，GaN快充设备2018-2024 年CAGR超92%，至2024年市场整体规模有望超过3.5亿美元。至2025年，汽车、消费电子、能源、工业、仪器设备等领域所贡献的市场空间约6.5亿美元。在所有GaN器件的应用领域中，消费电子充电设备最具爆发潜力。
OPPO于2019年第4季度在其高端手机上采用配备GaN HEMTs的65W快充转换器，标志着GaN功率器件开始进入批量生产。此后，三星、小米、realme等众多智能手机OEM在其附件或配置的快速充电器中集成了GaN功率器件。2020年化合物功率器件市场增长速度加快。预计GaN快充功率器件还将进入其他主要的OEM。以满足消费者不断增长的充电速度以及充电设备小型化的需求。OPPO、小米等设备厂商宣布未来会推出100W以上的充电设备。过去两年来， Navitas 公司的system-on-chip(SoC) 、system-in-package (SiP)与集成模块，已经进入了50多家快充后市场品牌, 包括Ravpower, Anker, and Aukey。
乐观估计，随着GaN快充技术的成熟以及市场接受度的提高，其相对于Si MOSFET的优势更加明显。头部OEM如苹果、华为、三星同样有望全面引入GaN快充技术。根据Yole的预测，在强大需求的推动下，GaN快
充设备有望呈现爆发式增长，2018-2024 年CAGR超92%，至2024年GaN 设备市场整体规模有望超过3.5亿美元。
5G 与国防军工射频器件是GaN微波半导体器件主要的下游市场。根据Yole的数据，2019-2025年，GaN射频器件整体规模将从7.4亿美元增长至20亿美元，CAGR12%。其中通信领域GaN微波射频器件市场规模3.18亿美元，2025年可达7.31亿美元，CAGR 15%。国防军工方面2019年市场规模3.42亿美元，2025年可达11.1亿美元，CAGR 22%。
工信部数据显示，2020年底我国5G基站累计建设超71.8万座，5G终端连接数居世界第一，已超2亿，5G套餐用户累计超3.2亿。根据Trendforce数据，到2023年，我国5G GaN功率放大器需求将达到1.76亿以上。
4.壁垒低于车规级功率器件，国内多家公司已实现消费级产品量产
氮化镓下游应用行业拥有大量的市场参与者。包括恩智浦、英飞凌、GaN System、EfficientPower、Qorvo、Cree等。意法半导体在2018年与CEA-Leti展开功率GaN合作，主要涉及常关型氮化镓HEMT和氮化镓二极管设计及研发，并于2020年3月收购法国氮化镓创新企业Exagan公司的多数股权；2018年，Cree收购了英飞凌的RF部门成为了全球最大的GaN射频器件供应商；我国企业闻泰科技2019年以268亿元成功收购行业内已经量产交付客户GaN FET产品的化合物功率半导体公司安世半导体，成为国内首家世界级IDM半导体公司。
按产业链分布来看，国外公司在技术实力和产能上有较大的领先。行业龙头企业以IDM模式为主。国内厂商包括三安光电、江苏能华、海特高新、中科晶电等。由于消费级产品的可靠性验证与新技术导入均快于车规级功率芯片，其技术要求也低于车规级功率器件，国内多家公司已实现量产。未来随着成本的降低，GaN市场有望迎来爆发式增长。
Ⅲ族氮化物半导体材料是由ⅢA族元素如铟（In）、镓（Ga）、铝（Al）与氮元组成的，除前文提到带GaN外，还包括InN、AlN、InGaN、InAlN、AlGaN、AlInGaN等。
其禁带宽度可以由InN的0.63eV到GaN的3.40eV，再到AlN的6.28eV。这一禁带宽度覆盖了197-1610nm的光谱，从红外光波段跨过可见光，一直延伸至深紫外光波段。因此Ⅲ族氮化物材料是发展光电子，尤其是短波长光电子器件的优选材料。
氮化物半导体多用于LED的制造。在半导体照明技术尚未兴起之时，全球17%-20%的用电量被照明消耗。这主要原因是传统照明光源能耗高。
采用LED作为光源，理论上能耗密度可以降低至白炽灯的10%，荧光灯的50%。根据CSA research发布的《2019中国半导体照明产业发展蓝皮书》显示，中国LED半导体照明产业发展稳定，2019年中国LED半导体照明行业总产值达7548亿元，微增2.4%。发光二极管已经广泛地用于各种照明领域，可替代白炽灯和荧光灯等传统光源，也可用于计算机、电视、等液晶显示用背光源，户外显示、交通指示，以及植物培育和医疗。
除了LED作为光源外，激光器也是氮化物半导体在光电子领域的重要应用之一。蓝色激光器可用于水下通信，绿色激光器是局域网通信和水下探测的关键光源，紫外光激光器在高密度存储、空气和水净化、精密光刻、印刷和检测、空间紫外通信（非视距传输）、化学传感等方面有很大的潜在的应用。
作为微波功率器件和电力电子器件的主要是GaN基半导体材料。
AlN衬底材料比发达国家落后约30年。
AlN带隙宽度高达6.2eV，可作为AlGaN的衬底材料。在全组分范围内均为直接带隙半导体，对应光谱波长覆盖了200-365nm的紫外、深紫外波段。AlGaN具有热导率高、电阻率大、紫外光透过率高、击穿场强高、抗辐射能力强等优点，在高温、高频、抗辐射及大功率器件，如高能效光电子器件、高功率电子器件、固态激光探测器和高密度固态存储器等方面具有重要的应用。此外，AlN在深紫外光LED、紫外光电探测器方面应用较为成功和广泛，在杀菌消毒、皮肤病的治疗等医疗卫生领域、污染物分解及水与空气等环保领域、高显色指数白光照明领域以及在大容量信息存储等领域有广泛的应用。目前美国、日本的一些
晶片企业已经进入产业化初级阶段，我国在此领域才刚刚起步，与发达国家相比，滞后约30年。在国家973项目、国家自然基金等的支持下，目前已经取得了部分突破性进展。
AlGaN多用于紫外发光二极管。
AlGaN材料外延主要采用的衬底是（0001）蓝宝石衬底、6H-SiC衬底、（111）面硅衬底以及AlN单晶衬底。目前基于AlGaN的UV A至UV C各波段的深紫外光LED和深紫外探测器都已成功研发。
InGaN在LED 和LD行业已经得到了广泛的应用。
InGaN是氮化物体系材料中非常重要的一个三元合金材料。由于其禁带宽度从0.63eV（InN）~3.4eV（GaN）连续可调，只要改变InGaN三元合金中的In与Ga的比例，便可获得该范围内各种不同的禁带宽度，几乎覆盖了整个太阳光谱。InN适合于制作高速电子器件。InGaN还具有良好的抗辐射性能、击穿电压高、化学性质稳定等特点，是一种优质的光电转换材料。在光电子器件方面的最大用途包括发光器件（LED背光、激光照明等）、太阳能电池（由于带隙连续可调，特别适合制作多结叠层电池，其理论转换效率可达70%）。InGaN薄膜材料作为近紫外光、紫光、蓝光、绿光等光电子器件的主要组成部分，在LED 和LD行业已经得到了广泛的应用。作为LED、LD有源区的核心组成部分，InGaN的生长时间、所消耗的成本都是外延片最大的组成部分，其晶体质量也直接决定了器件的性能。InGaN在电子器件的应用也有重要的应用，InGaN材料高击穿电压、高电子迁移率的优点在HEMT、异质结HBT等电力电子器件中也有重要应用。
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氧
化物半导体材料前景广阔，当前仍处于研发阶段
氧化物半导体材料包含氧化锌（ZnO）、氧化镓（Ga2O3）、钙钛矿（CaTio3）等化合物，普遍具有相对较大的禁带宽度和较大地激子结合能。可用于光电器件和功率电子器件以及激光器件的制造。
ZnO是发展短波长光电子器件的优选材料。ZnO禁带宽度3.4eV、激子束缚能高达60meV、高击穿场强、高电子漂移率、强化自发极化、环保等优点，适合用于发展激子型激光器。基于ZnO制造的半导体器件包括ZnO肖特基肖特基二极管、ZnO紫外探测器、ZnO发光器件及激光器、ZnO场效应晶体管、ZnO纳米结构器件。
β- Ga2O3在大功率高亮度发光器件中应用前景广阔。其禁带宽度高达4.9eV，介电常数10.2~14.2。β- Ga2O3晶体制造成本可以大幅降低，适合大规模生产。β- Ga2O3作为衬底生长外延可降低元件电阻和热阻，同时使电流分布均匀化，减小LED产生的热量，因此适合大功率GaN基蓝绿光及紫外光LED的制备。
钙钛矿化合物分为钙钛矿氧化物和钙钛矿卤化物。钙钛矿金属氧化物禁带宽度较高，在宽禁带发光材料方面有着重要的应用前景，可用于微纳光电子器件。钙钛矿卤化物禁带宽度较窄，能很好的吸收太阳光，适用于制造太阳能电池。
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金刚石半导体带隙最宽，性能全面超越SiC、GaN
金刚石半导体具有超强的硬度，极低对的动态摩擦系数、最高的热导率、最低的热膨胀系数和很强的化学稳定性。室温禁带宽度约为5.47eV，为所有元素半导体材料中带隙最宽的材料。
金刚石可以作为有源器件材料，如场效应晶体管、电源开关，也可以作为无源器件应用于半导体技术领域。集力学、电学、热学、声学、光学、耐腐蚀等优异性能于一身，在微电子、光电子、生物医学、机械、航空航天、核能等高新技术领域具有广阔的应用前景。
由于金刚石半导体材料具有带隙宽、击穿电场强、极高的电子迁移率等优点，使得其半导体器件能够在高频、高功率、高电压，以及强辐射等十分恶劣的环境中运行，并且，从紫外光到红远外光很宽的波长范围内具有很高的光谱透射性能，是大功率红外激光器和探测器的光学窗口材料。
金刚石性能全面超越SiC、GaN和Si等半导体材料。例如金属/p型硼掺杂金刚石二极管的击穿电压是Si的546倍，是SiC或GaN的数十倍，此外还具有耐高温的特性。近年来，由于金刚石掺杂的突破，各种金刚石器件不断研制成功。包括深紫外光发光二极管、深紫外探测器、生物传感器、高压大电流肖特基二极管、高频高功率场效应晶体管等。
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