2022年半導體行業(yè)專題研究 化合物半導體產業(yè)由國外廠商主導-國內加速布局

2022年半導體行業(yè)專題研究化合物半導體產業(yè)由國外廠商主導_國內加速布局一、化合物半導體產業(yè)由國外廠商主導，國內加速布局第二代半導體：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體III-V族半導體材料：III-V族半導體材料是化學元素周期表中的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、導熱性好、光電轉換效率高、禁帶寬度高等諸多優(yōu)點，被廣泛應用于光通信、光電器件、高頻毫米波器件、光電集成電路集成激光器、光探測器等領域。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用?；衔锇雽w合成方法VGF法是目前制備化合物半導體的主流且最為高效的方法之一。合成襯底質量好，且滿足主流應用尺寸：2-6英寸需求。二、磷化銦：5G、可穿戴、車載三駕馬車驅動市場增長競爭格局：多寡頭競爭，市場逐步擴大2020年磷化銦襯底市場呈現(xiàn)出多寡頭壟斷，主要集中在Sumnitomo、北京美通及日本JX公司，其他公司市場占比只有9%。根據USGS數(shù)據，2020-2021年中國全年銦產量分別為540噸和530噸，占全球總產量的56.3%和57.6%。從原材料供應端為中國磷化銦市場的擴張?zhí)峁┍Ｕ?。受益于下游市場需求的增加，磷化銦襯底材料市場規(guī)模將持續(xù)擴大。根據Yole預測，2026年全球磷化銦襯底（折合二英寸）預計銷量為128.19萬片，2019-2026年復合增長率為14.40%；2026年全球磷化銦襯底市場規(guī)模為2.02億美元，2019-2026年復合增長率為12.42%。磷化銦：各應用領域市場預測作為高速和遠程光收發(fā)器不可或缺的基石，InP激光二極管是電信和數(shù)據通信公司光子應用的最佳選擇。應用下游器件包括光模塊器件、傳感器件、射頻器件，對應下游終端領域包括5G通信、數(shù)據中心、人工智能、無人駕駛、可穿戴設備等領域。5G推動InP光學模塊市場2019年我國已經建成超過13萬個5G基站，未來三年迎來建站高峰。根據工信部數(shù)據，截至2019年6月國內4G基站445萬個；綜合5G頻譜及相應覆蓋增強方案，中信證券測算未來十年國內5G宏基站約4G的1-1.2倍，合計約500-600萬。預測InP光模塊市場到2026年將有兩倍提升。在市場需求的帶動及中國政府新基建等政策的影響下，全球光模塊市場將保持快速增長態(tài)勢。根據Yole統(tǒng)計顯示，到2026年全球光模塊器件磷化銦襯底（折合兩英寸）預計銷量將超過100萬片，2019年2026年復合增長率達13.94%，2026年全球光模塊器件磷化銦襯底預計市場規(guī)模將達到1.57億美元，2019-2026年復合增長率達13.94%。InP傳感器市場發(fā)展迅速InP在傳感器領域中更為安全。在傳感器領域中，器件放出的光波可見光或波長小于1400nm的光會聚焦在視網膜上，并可能對視網膜造成永久性損傷。相比于其他基底InP具有更長的波長能夠更好保護眼部安全。在一些主要的應用中具有關鍵的優(yōu)勢，比如激光雷達和可穿戴設備中。InP廣泛應用在傳感器設備中：1、磷化銦襯底制造的可穿戴設備具備脈沖響應好、信噪比好等特性，可用于監(jiān)測心率、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，可應用于虛擬現(xiàn)實（VR）眼鏡、汽車雷達等產品中。InP傳感器市場發(fā)展迅速全球可穿戴市場加速擴張。隨著移動通信、圖像技術、人工智能等技術的不斷發(fā)展及創(chuàng)新融合，可穿戴設備已成為全球增長最快的高科技市場之一。據華經產業(yè)研究院報道，全球可穿戴設備出貨量從2014年的0.29億部增長至2021年的5.34億部，預計到2024年將達到6.37億部。InP在可穿戴市場滲透率快速增加。對于智能手機來說，OLED顯示器在13xx到15xxnm的波長范圍內是透明的。有意去除手機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廠商正在考慮轉向InPEEL，以取代當前的GaAsVCSEL。Yole預計2022年InP在可穿戴設備中的最初市場滲透率將略有下降，隨后將以112%的復合年增長率顯著增長，到2026年達到2.55億美元。InP未來有望替代GaAs在激光雷達的市場。InP更長的波長特性可以在汽車市場上提供更好的眼睛安全解決方案。激光雷達被認為是自動駕駛行業(yè)的必要條件，光源也是激光雷達供應商關注的主要問題。目前大多數(shù)汽車搭載GaAs-VSCEL，波長為905nm，因為其生產技術更成熟，成本更低。但905nm波段并不在眼睛安全的波段內，因此未來InP有望替代GaAs基底應用于自動駕駛領域。InP射頻市場穩(wěn)速發(fā)展InP射頻市場維持穩(wěn)定增速。根據Yole預測，2019-2023年應用于射頻器件的磷化銦襯底市場規(guī)模較為穩(wěn)定，保持在1,500萬美元的水平，到2023年應用于射頻器件的磷化銦襯底（折合二英寸）銷量將達到8.28萬片。三、砷化鎵：多方位同步穩(wěn)速增長砷化鎵：產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)市值砷化鎵上游襯底到下游元件價值量逐級放大。根據StrategyAnalytics數(shù)據顯示，2018年，全球砷化鎵產業(yè)鏈上襯底、外延片、晶圓代工、元件的市場規(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)據顯示，砷化鎵上游襯底到下游元件，市場規(guī)模放大約18倍。砷化鎵：全球市場格局得益于下游應用市場需求持續(xù)旺盛，砷化鎵襯底市場規(guī)模將持續(xù)擴大。根據Yole測算，2019年全球折合二英寸砷化鎵襯底市場銷量約為2,000萬片，預計到2025年全球折合二英寸砷化鎵襯底市場銷量將超過3,500萬片；2019年全球砷化鎵襯底市場規(guī)模約為2億美元，預計到2025年全球砷化鎵襯底市場規(guī)模將達到3.48億美元，2019-2025年復合增長率9.67%。全球砷化鎵襯底市場集中度較高。根據Yole統(tǒng)計，2019年全球砷化鎵襯底市場主要生產商包括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襯底產品處于國際領先地位。公司以位錯密度低、平整度（總厚度波動值、翹曲度越低，平整度越高，性能越好）高見長，其余產品技術參數(shù)與國際主要競爭對手產品相當，總體處于國際領先水平。砷化鎵：單晶片尺寸發(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，中國研制出了我國第一個GaAs單晶樣品。砷化鎵單晶片經歷了直徑從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)展趨勢是晶體大直徑化。砷化鎵下游應用領域GaAs襯底尺寸越大、指標越嚴，售價越高。在射頻及激光領域，需要器件具有高穩(wěn)定的性能及良好的熱傳導性，所要求的GaAs襯底技術指標更高，因此其售價高于LED領域。同領域相比，因6寸的襯底制備技術更為復雜，其售價在4寸的2倍左右。5G推動GaAs射頻領域市場5G加速半絕緣型砷化鎵襯底在射頻領域的應用。5G通信對功率、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用于長距離、長通信時間的高頻電路中，因此，在5G時代的射頻器件中，砷化鎵的材料優(yōu)勢更加顯著。砷化鎵在LED市場增速平穩(wěn)LED器件砷化鎵襯底市場增長平穩(wěn)。根據Yole預測，2019年全球LED器件砷化鎵襯底市場（折合二英寸）銷量約為846.9萬片，預計到2025年全球LED器件砷化鎵襯底（折合二英寸）市場銷量將超過1,300萬片，年復合增長率為7.86%，增長較為平穩(wěn)；2019年全球LED器件砷化鎵襯底市場規(guī)模約為6,800萬美元，預計到2025年全球LED器件砷化鎵襯底市場規(guī)模將超過9,600萬美元，相較2019年將增加接近3,000萬美元的市場規(guī)模。砷化鎵VCSEL芯片進軍商業(yè)領域GaAs在激光領域的應用可分為VCSEL和非VCSEL。當前GaAs應用的看點主要在于VCSEL。VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器），以GaAs材料為基礎，主要的應用為人臉識別，是從無到有的過程，未來預計會有很高的增速。EEL（邊發(fā)射激光器）屬于非VCSEL器件，主要在汽車激光雷達領域應用，需求有望隨著無人駕駛汽車市場的拓展而提升。GaAs襯底的VCSEL芯片具有多方位優(yōu)勢。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體。VCSEL集高輸出功率和高轉換效率和高質量光束等優(yōu)點于一身，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應用于人臉識別，從工業(yè)領域向商業(yè)領域發(fā)展。蘋果公司首次在iPhone8、iPhoneX采用了VCSEL技術實現(xiàn)人臉識別解鎖，推進了VCSEL技術的半導體激光技術從工業(yè)領域向消費領域的應用，擴大了VCSEL芯片的市場，加速了GaAs襯底的需求。四、北京通美：化合物半導體襯底產業(yè)強力選手北京通美歷史沿革北京通美晶體技術股份有限公司，是一家全球知名的半導體材料科技企業(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)、生產和銷售。公司原名為“北京通美晶體技術有限公司”，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“北京通美晶體技術股份有限公司”，并在進行上市準備，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)務毛利率在50%左右，構成公司主要毛利潤；GaAs襯底業(yè)務毛利率逐年提高；公司已逐步減少鍺襯底業(yè)務的占比。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)務切換、產品銷售價格變化以及產線搬遷導致生產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，主要受銷售價格波動、銷售結構占比變化以及產線搬遷等原因導致。2019-2021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，主要受競爭對手涌入導致競爭情況加劇導致銷售價格下降、產品結構變化、產線搬遷導致的生產人員重新分配、原材料價格上升以及產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，建立技術壁壘公司已建立起技術壁壘。經過多年的持續(xù)研發(fā)和生產實踐，公司形成了深厚的技術積累和工藝積淀。公司已掌握了多項核心技術，形成了完整且自主可控的III-V族化合物半導體材料相關核心技術體系。截至2022年6月30日，公司共擁有發(fā)明專利61項。公司注重產學研，榮獲多個獎項。國內外知名企業(yè)及研究所及高校均定期向公司采購半導體材料產品用于教學及學術研究。公司積極配合該等科研院所研發(fā)行業(yè)前沿技術，推動科技成果的產業(yè)化，同時向科研院所提供在職訓練崗位，促進學界和產業(yè)界的學術交流。積累了豐富的優(yōu)質客戶資源公司已建立起市場壁壘。依托深厚的技術實力、優(yōu)異的產品性能、成熟的國際化銷售團隊，以及在成本、管理、服務等方面的優(yōu)勢，