2028年衬底市场规模将超过2.64亿美元

在过去的十年中，用于射频的GaA和用于电力电子的SiC等 进入了大众市场。哪种新兴半导体衬底将成为下一个规则改变者？

在一份新报告中，Yole调查了新兴半导体衬底的现状，包括GaSb、InSb、块状GaN、Ga₂O₃、块状AlN和金刚石，以及工程衬底和模板。此外，还着眼于各种潜在的应用，例如电力电子、射频和光电，包括激光二极管、LED、传感器和探测器。

受电动汽车和混合动力汽车(EV/HEV)、可再生能源、电源等多种应用的推动，电力电子(PE)市场仍然以硅基技术为主。尽管如此，经过漫长的发展过程，宽带隙材料SiC和GaN（Si或蓝宝石上的横向GaN HEMT）已经渗透到PE市场，预计到2028年将占据25%以上的市场份额。受这一势头影响，Yole预计未来五年内，用于垂直GaN器件和工程衬底（Soitec的SmartSiC、SICOXS的SiCkrest、Qromis的QST）的块状GaN将继续增长。

另一方面，高端和利基军事应用主要推动发展基于GaSb的器件，如红外激光和成像仪等，使光子学实现了稳定增长。GaSb不断增长的同时，InSb的市场现状如何？就消费、工业和汽车应用中的块状GaN衬底而言，随着工业应用的大力推动，市场算是稳定的。疫情爆发期间，UVC消毒/净化系统开始使用块状AlN衬底。据Yole称，这可能使AlN衬底市场2022-2028年的年复合增长率达到22%，使其成为所有新兴光子衬底中年复合增长率最高的。

供应链问题

总体而言，新兴衬底的供应链尚未完善。新兴衬底的供应链目前以初创企业和研究团队的衍生企业为主，这些企业在学术研发活动中开发了专有技术，并愿意将其转移到工业界。新兴衬底市场的发展需要老牌大企业进行大量投资，并承担相应风险。

在电力电子生态系统中，提出使用Ga₂O₃、块状GaN、金刚石、工程衬底来开发高效器件和系统。受益于宽带隙材料的增长，未来五年工程衬底和块状GaN有望显著增长。

意法半导体这种老牌厂商已经与SOITEC开展合作，以获取SmartSiC工程衬底的供应。Qromis正在与Vanguard International Semiconductor和ShinEtsu开展合作，为其制造和供应GaN-on-QST工程衬底。

Ga₂O₃衬底供应链更多由初创企业主导，老牌企业对这方面兴趣较低。针对金刚石的使用，珠宝行业老牌企业（如Diamond Foundry）进入供应链环节可能会对大尺寸晶圆的供应产生积极影响，并提高其产能。

在光电生态系统中，GaSb和InSb衬底市场已经成熟，并由IQE和IntelliEPI两家领先厂商主导。块状GaN衬底的市场情况非常相似，由住友化学和三菱电机两家日本厂商主导。另一方面，块状AlN衬底业务尚未成熟。据Yole，两家日本器件厂商Stanley Electric和Asahi Kasei分别收购了两家美国衬底厂商Hexatech和Crystal IS。Stanley Electric和Asahi Kasei母公司的目标都是增加市场份额、降低成本并确保可供应昂贵的块状AlN衬底。

直径越大，品质越好

新兴衬底的动向主要是技术开发，以提高材料质量、增加产量、降低生产成本。当然，这一努力需要得到市场需求和批量应用的支持，其中批量应用决定了不同衬底的正确规格。

对于电力电子产品的大批量生产，成熟的代工厂需要使用至少6英寸的晶圆。这促使衬底厂商优化制造技术以扩大晶圆尺寸。针对金刚石，EDP开发出镶嵌金刚石方法，可实现高达28 x 28 mm²的晶圆尺寸，同时Orbray或Audiatec也开发出异质金刚石的生长方法，可在硅或蓝宝石衬底上生长直径约6英寸的异质金刚石。此外，已经使用HVPE和其他技术获得了6英寸块状GaN衬底，但仍需更多工作以提高材料质量并满足应用要求。

同样，对于Ga₂O₃，正在使用不同的熔融生长技术，在批量生产中，EFG最有希望产出材料质量合格的6英寸晶圆。在工程衬底方面，实现大尺寸单晶衬底和优质材料质量存在挑战，而先进的分裂和键合技术可用于克服这些挑战。

对于光电，GaSb和InSb主流衬底尺寸是3英寸和4英寸，尽管5英寸和6英寸已可供商用。这是由于锑化物的应用是针对特定小群体的。然而，对于块状GaN和AlN来说，情况有所不同：降低每个器件的成本推动了衬底直径的增加（从2英寸到3英寸和4英寸）。

住友化学和三菱化学等块状GaN衬底厂商已经展示了应用于光电的4英寸和6英寸衬底；然而，由于这些衬底存在质量问题，且仅有小批量应用，市场采用速度缓慢。另一方面，Crystal IS和Ultratrend Technologies等AlN衬底厂商已经展示了3英寸AlN衬底，而Hexatech则宣布在2022年进行投资，以加速4英寸AlN衬底的市场采用。

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