第一階段（代表材料：Si，Ge）：20 世紀 50 年代開始，以硅（Si）、鍺（Ge）為代表的第一代半導體材料制成的二極管和晶體管取代了電子管，引發以集成電路為核心的微電子產業的迅速發展，主要應用于低壓、低頻、低功率的部分功率器件、集成電路中。硅基半導體材料是目前產量最大、應用最廣的半導體材料，90%以上的半導體產品是用硅基材料制作的。
第二階段（代表材料：GaAs，InP）：20 世紀 90 年代開始，隨著半導體產業的發展，硅材料的物理瓶頸日益突出，以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、銻化銦（InSb）、部分三元化合物半導體等為代表的第二代化合物半導體材料嶄露頭角。砷化鎵材料的電子遷移率約是硅的 6 倍，具有直接帶隙，故其器件相對硅基器件具有高頻、高速的光電性能，因此被廣泛應用于光電子和微電子領域，是制作半導體發光二極管和通信器件的關鍵襯底材料。
第三階段（代表材料：SiC、GaN）：近年來，以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶（禁帶寬度大于 2.2eV）第三代半導體材料逐漸興起，其介電常數、導熱率及最高工作溫度等等關鍵參數方面具有顯著優勢，可以滿足電力電子技術對高溫、高功率、高壓、高頻及抗輻射等惡劣工作條件的新要求，從而成為半導體材料領域最具前景的材料之一。目前，5G 通信、新能源汽車、光伏等領域頭部企業逐步開始使用第三代半導體，待成本下降后，第三代半導體有望實現對硅基材料的全面替代。
