2022年半導(dǎo)體行業(yè)專題研究 化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由國(guó)外廠商主導(dǎo)-國(guó)內(nèi)加速布局

2022年半導(dǎo)體行業(yè)專題研究化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由國(guó)外廠商主導(dǎo)_國(guó)內(nèi)加速布局一、化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由國(guó)外廠商主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)加速布局第二代半導(dǎo)體：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體III-V族半導(dǎo)體材料：III-V族半導(dǎo)體材料是化學(xué)元素周期表中的IIIA族元素硼、鋁、鎵、銦、鉈和VA族元素氮、磷、砷、銻、鉍組成的化合物。代表半導(dǎo)體材料為：砷化鎵GaAs、磷化銦InP。磷化銦襯底：IndiumPhosphide，磷和銦的化合物，其具有飽和電子漂移速度高、抗輻射能力強(qiáng)、導(dǎo)熱性好、光電轉(zhuǎn)換效率高、禁帶寬度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于光通信、光電器件、高頻毫米波器件、光電集成電路集成激光器、光探測(cè)器等領(lǐng)域。砷化鎵襯底：GalliumArsenide，砷和鎵的化合物。。砷化鎵的禁帶寬度大于硅，可以耐受更高電壓；砷化鎵的電子遷移率更是硅的6-7倍，因此高頻性能十分優(yōu)異。故在制作射頻微波器件方面得到重要應(yīng)用?；衔锇雽?dǎo)體合成方法VGF法是目前制備化合物半導(dǎo)體的主流且最為高效的方法之一。合成襯底質(zhì)量好，且滿足主流應(yīng)用尺寸：2-6英寸需求。二、磷化銦：5G、可穿戴、車載三駕馬車驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局：多寡頭競(jìng)爭(zhēng)，市場(chǎng)逐步擴(kuò)大2020年磷化銦襯底市場(chǎng)呈現(xiàn)出多寡頭壟斷，主要集中在Sumnitomo、北京美通及日本JX公司，其他公司市場(chǎng)占比只有9%。根據(jù)USGS數(shù)據(jù)，2020-2021年中國(guó)全年銦產(chǎn)量分別為540噸和530噸，占全球總產(chǎn)量的56.3%和57.6%。從原材料供應(yīng)端為中國(guó)磷化銦市場(chǎng)的擴(kuò)張?zhí)峁┍Ｕ?。受益于下游市?chǎng)需求的增加，磷化銦襯底材料市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2026年全球磷化銦襯底（折合二英寸）預(yù)計(jì)銷量為128.19萬片，2019-2026年復(fù)合增長(zhǎng)率為14.40%；2026年全球磷化銦襯底市場(chǎng)規(guī)模為2.02億美元，2019-2026年復(fù)合增長(zhǎng)率為12.42%。磷化銦：各應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)預(yù)測(cè)作為高速和遠(yuǎn)程光收發(fā)器不可或缺的基石，InP激光二極管是電信和數(shù)據(jù)通信公司光子應(yīng)用的最佳選擇。應(yīng)用下游器件包括光模塊器件、傳感器件、射頻器件，對(duì)應(yīng)下游終端領(lǐng)域包括5G通信、數(shù)據(jù)中心、人工智能、無人駕駛、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。5G推動(dòng)InP光學(xué)模塊市場(chǎng)2019年我國(guó)已經(jīng)建成超過13萬個(gè)5G基站，未來三年迎來建站高峰。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，截至2019年6月國(guó)內(nèi)4G基站445萬個(gè)；綜合5G頻譜及相應(yīng)覆蓋增強(qiáng)方案，中信證券測(cè)算未來十年國(guó)內(nèi)5G宏基站約4G的1-1.2倍，合計(jì)約500-600萬。預(yù)測(cè)InP光模塊市場(chǎng)到2026年將有兩倍提升。在市場(chǎng)需求的帶動(dòng)及中國(guó)政府新基建等政策的影響下，全球光模塊市場(chǎng)將保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)顯示，到2026年全球光模塊器件磷化銦襯底（折合兩英寸）預(yù)計(jì)銷量將超過100萬片，2019年2026年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)13.94%，2026年全球光模塊器件磷化銦襯底預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1.57億美元，2019-2026年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)13.94%。InP傳感器市場(chǎng)發(fā)展迅速InP在傳感器領(lǐng)域中更為安全。在傳感器領(lǐng)域中，器件放出的光波可見光或波長(zhǎng)小于1400nm的光會(huì)聚焦在視網(wǎng)膜上，并可能對(duì)視網(wǎng)膜造成永久性損傷。相比于其他基底InP具有更長(zhǎng)的波長(zhǎng)能夠更好保護(hù)眼部安全。在一些主要的應(yīng)用中具有關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)，比如激光雷達(dá)和可穿戴設(shè)備中。InP廣泛應(yīng)用在傳感器設(shè)備中：1、磷化銦襯底制造的可穿戴設(shè)備具備脈沖響應(yīng)好、信噪比好等特性，可用于監(jiān)測(cè)心率、血氧濃度、血壓甚至血糖水平等生命體征。2、磷化銦襯底制造的激光傳感器可以發(fā)出不損害視力的不可見光，可應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）眼鏡、汽車?yán)走_(dá)等產(chǎn)品中。InP傳感器市場(chǎng)發(fā)展迅速全球可穿戴市場(chǎng)加速擴(kuò)張。隨著移動(dòng)通信、圖像技術(shù)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展及創(chuàng)新融合，可穿戴設(shè)備已成為全球增長(zhǎng)最快的高科技市場(chǎng)之一。據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院報(bào)道，全球可穿戴設(shè)備出貨量從2014年的0.29億部增長(zhǎng)至2021年的5.34億部，預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)到6.37億部。InP在可穿戴市場(chǎng)滲透率快速增加。對(duì)于智能手機(jī)來說，OLED顯示器在13xx到15xxnm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)是透明的。有意去除手機(jī)屏幕上的攝像頭凹槽并將3D傳感模塊集成到OLED顯示屏下的OEM廠商正在考慮轉(zhuǎn)向InPEEL，以取代當(dāng)前的GaAsVCSEL。Yole預(yù)計(jì)2022年InP在可穿戴設(shè)備中的最初市場(chǎng)滲透率將略有下降，隨后將以112%的復(fù)合年增長(zhǎng)率顯著增長(zhǎng)，到2026年達(dá)到2.55億美元。InP未來有望替代GaAs在激光雷達(dá)的市場(chǎng)。InP更長(zhǎng)的波長(zhǎng)特性可以在汽車市場(chǎng)上提供更好的眼睛安全解決方案。激光雷達(dá)被認(rèn)為是自動(dòng)駕駛行業(yè)的必要條件，光源也是激光雷達(dá)供應(yīng)商關(guān)注的主要問題。目前大多數(shù)汽車搭載GaAs-VSCEL，波長(zhǎng)為905nm，因?yàn)槠渖a(chǎn)技術(shù)更成熟，成本更低。但905nm波段并不在眼睛安全的波段內(nèi)，因此未來InP有望替代GaAs基底應(yīng)用于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。InP射頻市場(chǎng)穩(wěn)速發(fā)展InP射頻市場(chǎng)維持穩(wěn)定增速。根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2019-2023年應(yīng)用于射頻器件的磷化銦襯底市場(chǎng)規(guī)模較為穩(wěn)定，保持在1,500萬美元的水平，到2023年應(yīng)用于射頻器件的磷化銦襯底（折合二英寸）銷量將達(dá)到8.28萬片。三、砷化鎵：多方位同步穩(wěn)速增長(zhǎng)砷化鎵：產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)市值砷化鎵上游襯底到下游元件價(jià)值量逐級(jí)放大。根據(jù)StrategyAnalytics數(shù)據(jù)顯示，2018年，全球砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈上襯底、外延片、晶圓代工、元件的市場(chǎng)規(guī)模分別為4.6億美元、11.0億美元、56.7億美元、88.7億美元。2018年數(shù)據(jù)顯示，砷化鎵上游襯底到下游元件，市場(chǎng)規(guī)模放大約18倍。砷化鎵：全球市場(chǎng)格局得益于下游應(yīng)用市場(chǎng)需求持續(xù)旺盛，砷化鎵襯底市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。根據(jù)Yole測(cè)算，2019年全球折合二英寸砷化鎵襯底市場(chǎng)銷量約為2,000萬片，預(yù)計(jì)到2025年全球折合二英寸砷化鎵襯底市場(chǎng)銷量將超過3,500萬片；2019年全球砷化鎵襯底市場(chǎng)規(guī)模約為2億美元，預(yù)計(jì)到2025年全球砷化鎵襯底市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到3.48億美元，2019-2025年復(fù)合增長(zhǎng)率9.67%。全球砷化鎵襯底市場(chǎng)集中度較高。根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，2019年全球砷化鎵襯底市場(chǎng)主要生產(chǎn)商包括Freiberger、Sumitomo和北京通美，其中Freiberger占比28%、Sumitomo占比21%、北京通美占比13%。?北京美通GaAS襯底產(chǎn)品處于國(guó)際領(lǐng)先地位。公司以位錯(cuò)密度低、平整度（總厚度波動(dòng)值、翹曲度越低，平整度越高，性能越好）高見長(zhǎng)，其余產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)與國(guó)際主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品相當(dāng)，總體處于國(guó)際領(lǐng)先水平。砷化鎵：?jiǎn)尉叽绨l(fā)展路線隨著砷化鎵IC集成度的提高和成本降低的需要，單晶片向大直徑化發(fā)展。砷化鎵于1929年被合成出來。1962年，中國(guó)研制出了我國(guó)第一個(gè)GaAs單晶樣品。砷化鎵單晶片經(jīng)歷了直徑從2寸到4寸（100mm）到6寸（150mm）再到8寸（200mm）的發(fā)展歷程，總的發(fā)展趨勢(shì)是晶體大直徑化。砷化鎵下游應(yīng)用領(lǐng)域GaAs襯底尺寸越大、指標(biāo)越嚴(yán)，售價(jià)越高。在射頻及激光領(lǐng)域，需要器件具有高穩(wěn)定的性能及良好的熱傳導(dǎo)性，所要求的GaAs襯底技術(shù)指標(biāo)更高，因此其售價(jià)高于LED領(lǐng)域。同領(lǐng)域相比，因6寸的襯底制備技術(shù)更為復(fù)雜，其售價(jià)在4寸的2倍左右。5G推動(dòng)GaAs射頻領(lǐng)域市場(chǎng)5G加速半絕緣型砷化鎵襯底在射頻領(lǐng)域的應(yīng)用。5G通信對(duì)功率、頻率、傳輸速度提出了更高的要求，使用砷化鎵襯底制造的射頻器件非常適合應(yīng)用于長(zhǎng)距離、長(zhǎng)通信時(shí)間的高頻電路中，因此，在5G時(shí)代的射頻器件中，砷化鎵的材料優(yōu)勢(shì)更加顯著。砷化鎵在LED市場(chǎng)增速平穩(wěn)LED器件砷化鎵襯底市場(chǎng)增長(zhǎng)平穩(wěn)。根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2019年全球LED器件砷化鎵襯底市場(chǎng)（折合二英寸）銷量約為846.9萬片，預(yù)計(jì)到2025年全球LED器件砷化鎵襯底（折合二英寸）市場(chǎng)銷量將超過1,300萬片，年復(fù)合增長(zhǎng)率為7.86%，增長(zhǎng)較為平穩(wěn)；2019年全球LED器件砷化鎵襯底市場(chǎng)規(guī)模約為6,800萬美元，預(yù)計(jì)到2025年全球LED器件砷化鎵襯底市場(chǎng)規(guī)模將超過9,600萬美元，相較2019年將增加接近3,000萬美元的市場(chǎng)規(guī)模。砷化鎵VCSEL芯片進(jìn)軍商業(yè)領(lǐng)域GaAs在激光領(lǐng)域的應(yīng)用可分為VCSEL和非VCSEL。當(dāng)前GaAs應(yīng)用的看點(diǎn)主要在于VCSEL。VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器），以GaAs材料為基礎(chǔ)，主要的應(yīng)用為人臉識(shí)別，是從無到有的過程，未來預(yù)計(jì)會(huì)有很高的增速。EEL（邊發(fā)射激光器）屬于非VCSEL器件，主要在汽車激光雷達(dá)領(lǐng)域應(yīng)用，需求有望隨著無人駕駛汽車市場(chǎng)的拓展而提升。GaAs襯底的VCSEL芯片具有多方位優(yōu)勢(shì)。VCSEL全稱為Vertical-cavitysurface-emittinglaser，即垂直腔面發(fā)射激光器，其芯片的襯底材料為砷化鎵半導(dǎo)體。VCSEL集高輸出功率和高轉(zhuǎn)換效率和高質(zhì)量光束等優(yōu)點(diǎn)于一身，相比于LED和邊發(fā)射激光器EEL，在精確度、小型化、低功耗、可靠性等角度全方面占優(yōu)。VCSEL應(yīng)用于人臉識(shí)別，從工業(yè)領(lǐng)域向商業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。蘋果公司首次在iPhone8、iPhoneX采用了VCSEL技術(shù)實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別解鎖，推進(jìn)了VCSEL技術(shù)的半導(dǎo)體激光技術(shù)從工業(yè)領(lǐng)域向消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用，擴(kuò)大了VCSEL芯片的市場(chǎng)，加速了GaAs襯底的需求。四、北京通美：化合物半導(dǎo)體襯底產(chǎn)業(yè)強(qiáng)力選手北京通美歷史沿革北京通美晶體技術(shù)股份有限公司，是一家全球知名的半導(dǎo)體材料科技企業(yè)，主要從事磷化銦襯底、砷化鎵襯底、鍺襯底、PBN材料及其他高純材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司原名為“北京通美晶體技術(shù)有限公司”，于1998年由北京市通州區(qū)工業(yè)開發(fā)區(qū)總公司和AXT共同合資成立。2021年，公司更名為“北京通美晶體技術(shù)股份有限公司”，并在進(jìn)行上市準(zhǔn)備，于今年擬發(fā)行9.84萬股。公司盈利能力逐年提升公司InP襯底業(yè)務(wù)毛利率在50%左右，構(gòu)成公司主要毛利潤(rùn)；GaAs襯底業(yè)務(wù)毛利率逐年提高；公司已逐步減少鍺襯底業(yè)務(wù)的占比。2019-2021年,公司InP襯底毛利率分別為40.65%、38.64%和54.42%，2020年度略有下滑，2021年度漲幅較大，主要受銷售業(yè)務(wù)切換、產(chǎn)品銷售價(jià)格變化以及產(chǎn)線搬遷導(dǎo)致生產(chǎn)人員重新分配等因素影響。2019-2021年,公司GaAs襯底毛利率分別為-9.13%、8.65%及25.59%，呈逐年上升態(tài)勢(shì)，主要受銷售價(jià)格波動(dòng)、銷售結(jié)構(gòu)占比變化以及產(chǎn)線搬遷等原因?qū)е隆?019-2021年，公司鍺襯底毛利率分別為20.60%、18.44%和0.21%，呈逐年下降態(tài)勢(shì)，主要受競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手涌入導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)情況加劇導(dǎo)致銷售價(jià)格下降、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化、產(chǎn)線搬遷導(dǎo)致的生產(chǎn)人員重新分配、原材料價(jià)格上升以及產(chǎn)能利用率變化等因素影。2019-2021年，公司PBN坩堝的毛利率分別為49.23%、54.73%和52.13%，整體較為穩(wěn)定。深耕多年，建立技術(shù)壁壘公司已建立起技術(shù)壁壘。經(jīng)過多年的持續(xù)研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)踐，公司形成了深厚的技術(shù)積累和工藝積淀。公司已掌握了多項(xiàng)核心技術(shù)，形成了完整且自主可控的III-V族化合物半導(dǎo)體材料相關(guān)核心技術(shù)體系。截至2022年6月30日，公司共擁有發(fā)明專利61項(xiàng)。公司注重產(chǎn)學(xué)研，榮獲多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)及研究所及高校均定期向公司采購(gòu)半導(dǎo)體材料產(chǎn)品用于教學(xué)及學(xué)術(shù)研究。公司積極配合該等科研院所研發(fā)行業(yè)前沿技術(shù)，推動(dòng)科技成果的產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)向科研院所提供在職訓(xùn)練崗位，促進(jìn)學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的學(xué)術(shù)交流。積累了豐富的優(yōu)質(zhì)客戶資源公司已建立起市場(chǎng)壁壘。依托深厚的技術(shù)實(shí)力、優(yōu)異的產(chǎn)品性能、成熟的國(guó)際化銷售團(tuán)隊(duì)，以及在成本、管理、服務(wù)等方面的優(yōu)勢(shì)，