十张图带你了解砷化镓产业发展情况 5G对于第二半导体材料砷化镓意味着什么？

砷化镓是第二代半导体材料，主要用于无线通讯等领域。根据Strategy Analytics的研究报告，2018年，全球砷化镓元件市场（含IDM厂商之组件产值）总产值约为88.7亿美元，达到历史新高，相比2017年的88.3亿美元同比增长0.45%。根据Yole预计，2018-2024年，全球砷化镓元件市场规模年均复合增长速度为10%，其中微电子领域为CAGR为3%，光电子领域CAGR为54%。到2024年，全球砷化镓元件市场规模将达到157.1亿美元。

第二代半导体材料砷化镓制备工艺成熟，下游应用以通信为主

集成电路主要分成硅基半导体与化合物半导体二大类，以硅材料为衬底材料的半导体归属为第一代半导体，以砷化镓材料为衬底的化合物半导体则属第二代，以氮化镓等材料为衬底的化合物半导体属第三代半导体。硅基半导体集成电路主要在数码运用，如微处理器、逻辑IC、存储器等；化合物半导体集成电路主要在模拟应用，如移动通讯、全球定位系统、卫星通讯、通讯基站、国防雷达、航天、军事武器等功率型、低噪声放大器等相关MMIC集成芯片。目前第二代半导体国产化处于早期阶段。第三代半导体主要是以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表，凭借其宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，在许多应用领域拥有前两代半导体材料无法比拟的优点，有望突破第一、二代半导体材料应用技术的发展瓶颈，市场应用潜力巨大。

从20世纪50年代开始，已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。目前主流的工业化生长工艺包括：液封直拉法（LEC）、水平布里其曼法（HB）、垂直布里其曼法（VB）以及垂直梯度凝固法（VGF）等。

相较于常见的硅半导体，砷化镓半导体具有高频、抗辐射、耐高电压等特性，因此广泛应用在主流的商用无线通讯、光通讯以及先进的国防、航空及卫星用途上，其中无线通讯的普及更是催生砷化镓代工经营模式的重要推手。以手机与无线网路（Wi-Fi）为例，系统中的无线射频模组必定含有的关键零组件即是功率放大器（Power Amplifier）、射频开关器（RF Switch）及低杂讯放大器（Low Noise Amplifier）等，目前射频功率放大器极大部分是以砷化镓半导体制作。砷化镓半导体因其材料特性而成为无线通讯、光通讯以及先进的国防、航空及卫星之重要关键组件，亦同时建构不同于硅等其他半导体之晶圆代工技术、设计流程与验证模式以满足无线通讯系统的快速发展，进而维持其领域之独占性与独特性。

就目前的技术趋势以及技术发展水平来看，目前，砷化镓从大类方向来看主要于通信领域和国防与航空航天领域，其占比分别达到60%、10%。

展望下一世代的5G技术，其资料传输速度将是现行4G LTE的100倍，目前只有砷化镓功率放大器可以应付如此快速的资料传输，也会更进一步拉大砷化镓与硅制程功率放大器之间性价比的差距。

近年物联网（IoT）概念兴起，使无线通讯和汽车防撞雷达应用成长快速，数位消费电子产品具备无线传输功能的比率也逐年提升，砷化镓应用可说是具备相当健康的成长空间；此外，化合物半导体元件将持续在通讯和光电元件市场扮演关键角色，例如III-V族半导体雷射拥有体积小和整合性高等优点，在工业和商用领域的应用越来越广泛，其中面射型雷射（VCSEL）最适合大量量产，预计在生物辨识、虚拟实境（AR/VR）及汽车防撞系统（ADAS）等领域开发出新应用，未来将成为砷化镓在行动装置上重要关键元件。

全球砷化镓总产值达到历史新高，产品以微电子为主

在砷化镓的晶圆尺寸上，六寸晶圆所占的产出比率，产业界已于2008年超过50%而成为主流制造尺寸。根据Strategy Analytics的研究报告，2018年，全球砷化镓元件市场（含IDM厂商之组件产值）总产值约为88.7亿美元，达到历史新高，相比2017年的88.3亿美元同比增长0.45%。

根据Yole，目前全球砷化镓主要应用于微电子领域，占比高达95.7%，微电子领域的产品包括HBT、pHEMT、BiHEMT等；光电子领域目前比重仅占4.3%，光电子领域的产品包括LD、VCSEL、PD等。

全球砷化镓产业链分工成熟，中国大陆地区参与度较低

1、全球砷化镓产业链分工成熟

砷化镓产业最上游为基板制造，其次为关键材料砷化镓磊晶圆，工艺具体包括MOCVD（有机金属化学气相沉积法）及MBE（分子束磊晶法）砷化镓磊晶技术，至于中游为晶圆制造及封测等，整个产业链除晶圆制造外，设计与先进技术主要仍掌握在国际IDM大厂，下游则为手机、无线区域网路制造厂以及无线射频系统商等。

根据Strategy Analytics的研究报告，2018年全球砷化镓元件市场（含IDM厂商的组件产值）中，Skyworks的市占率最高，为32.3%，其次为Qorvo，市占率为26.0%。

2、中国大陆大区参与度较低

1962年，在林兰英院士的带领下，中国研制出了我国第一个GaAs单晶样品。1964年，我国第一只GaAs二极管激光器被成功研制出来。由于在半导体材料上的诸多贡献，林兰英被誉为“中国太空材料之母”。

2001年，北京有色金属研究总院成功研制出国内第一根直径4英寸VCZ半绝缘砷化镓单晶，使我国成为继日本、德国之后第三个掌握此项技术的国家。

由于受到成本和技术上的限制，GaAs晶圆厂必须具备一定级别的投资规模和长时间制程技术的开发，因此这类企业拥有极高的准入门槛，国内能够形成一定体量的厂商屈指可数。在经过多年积淀过，我国台湾地区在制程技术上拥有了极大优势，收获了全球诸多委外代工订单，也形成了台湾独特的代工产业模式。

从国内大陆地区来看，我国砷化镓行业产业链中，我国原材料较为丰富，具备较大竞争力；单晶制造环节已有较多企业布局，工艺较为成熟，主要满足国内需求，竞争力一般，直接面临国际领先企业在华工厂的竞争，比如美国AXT公司在中国布局了工厂；外延片制造环节中国大陆地区几乎空白，部分上市企业布局了LED芯片的制造，较为低端；IC设计、晶圆制造、封装测试等环节也主要围绕LED芯片的垂直整合，通讯元件方面的布局才刚起步，竞争力缺失。

5G将为砷化镓产业链带来新一轮扩张周期

无线通讯产品是砷化镓产业最主要成长动力，而手机（Cellular）应用仍是砷化镓元件最大市场，其次则是Wi-Fi及基础建设的需求。以Cellular市场来看，随着砷化镓的技术成熟、成本降低及使用者对手机功能上的要求，功率放大器的使用量开始增加。通常2G手机需要搭载1至2颗PA，3G手机需要3至4颗，发展至4G LTE，RF前端（front-end）必须因应的频段数量从4个大幅增加到了30个，而随着5G技术和应用逐渐到位，需要将更多的PA整合在RF前端模组中（FEMs）以便支援更复杂的5G频段。

除了既有商品的高度使用、行动网路流量爆增推升4G LTE、光纤网路设备布建需求外，未来几年物联网（IoT）概念普及，将使得砷化镓的应用日益广泛普及全球即将迎来5G时代，预计2020年正式商转，5G标准化工作计画在2017年间加速推进，国际电信标准制定组织3GPP（第三代合作伙伴计划）R15针对非独立组网5G New Radio（5G NR）的标准已于2017年底完成；针对独立组网5G NR的标准，则在2018年6月完成，意味着5G将进入商用部署的关键时期。大规模的全球性5G部署将于2020年开始。根据爱立信（Ericsson）显示，预计到2023年底，eMBB（增强型行动宽频）的5G用户数将超过10亿，占行动用户总数的12%。

根据Yole预计，2018-2024年，全球砷化镓元件市场规模年均复合增长速度为10%，其中微电子领域为CAGR为3%，光电子领域CAGR为54%。到2024年，全球砷化镓元件市场规模将达到157.1亿美元。

以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院《中国砷化镓行业市场前景预测与投资战略规划分析报告》。

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