|化合物半導體市場增長趨勢明顯

6月17日-18日，芯謀研究承辦以“南沙芯聲 聚勢未來”為主題的2023中國·南沙國際集成電路產(chǎn)業(yè)論壇在廣州南沙盛大召開。秉承高端、全產(chǎn)業(yè)鏈、國際化的特色，本次峰會吸引了來自半導體產(chǎn)業(yè)的500多位嘉賓齊聚一堂，共襄盛會。

廣東省委常委、副省長王曦，廣東省政府副秘書長許典輝，廣州市委常委、南沙區(qū)委書記盧一先，廣州市委常委、常務副市長陳勇等政府領導；中國科學院院士許寧生，國家重大專項02專項總師、中國集成電路創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長葉甜春，清華大學教授魏少軍，復旦大學微電子學院院長張衛(wèi)等學術專家；恩智浦半導體大中華區(qū)主席李廷偉，高通公司中國區(qū)董事長孟樸，華潤微電子總裁李虹，博世（中國）投資有限公司執(zhí)行副總裁徐大全，東電電子中國區(qū)總裁陳捷，西門子EDA 全球資深副總裁、亞太區(qū)總裁彭啟煌，泛林集團副總裁兼中國區(qū)總裁汪挺等國際企業(yè)代表；中芯國際董事長高永崗，廣發(fā)證券黨委書記葛長偉，華為科學家咨詢委員會主任徐文偉，浙江吉利控股集團CEO李東輝，華潤微電子總裁李虹，芯原股份創(chuàng)始人、董事長兼總裁戴偉民，國家智能傳感器創(chuàng)新中心董事長楊瀟，廣東省集成電路行業(yè)協(xié)會會長陳衛(wèi)等國內(nèi)企業(yè)代表出席了本次活動。

先導科技集團有限公司副總經(jīng)理周國芳在會上以《化合物半導體技術與應用》為主題發(fā)表演講。 迄今為止，90%以上的芯片都是以硅鍺等元素為基礎，包括存儲、CPU、GPU。雖然硅基芯片就像“天下武功，唯快不破”一樣，屹立不倒，但其物理性質(zhì)限制了它在光電、射頻、功率器件上的應用，而這便是化合物半導體擅長的領域。 雖然化合物半導體一年幾百億美元的市場規(guī)模遠不及一年4560億美元的硅基芯片，但它更像是武功秘籍中的“獨孤九劍”，可以解決硅基芯片解決不了的問題。 化合物半導體中，第二代半導體（砷化鎵GaAs、磷化銦InP）主要應用于激光、光電、照明顯示和第三代半導體（碳化硅SiC、氮化鎵GaN）則主要應用在射頻和功率芯片。 以GaAs材料為例，從材料開始分為六個階段，分別是GaAs襯底、外延、芯片、器件、模組、系統(tǒng)，每一階段都有相應的玩家，頂尖玩家大多擁有垂直整合能力。 InP亦如此，從材料到襯底再到系統(tǒng)，住友是最具垂直整合能力的企業(yè)，是InP領域頂尖的存在，尤其在高速率光通信領域，可以說“卡住了中國人的脖子”。 化合物半導體市場增長趨勢明顯，現(xiàn)階段有四個市場值得關注：

一是光通信模塊市場。隨著生成式AI爆火，產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，這不僅需要更高的算力，還需要光通信模塊傳輸數(shù)據(jù)，而光通信模塊中就使用了光芯片，相關公司也因此獲利，二級市場多數(shù)公司股價水漲船高，資本對其期待也逐漸拉高；

二是LED市場，普遍集中在照明領域，是GaAs的主場。近兩年各種經(jīng)濟活動明顯復蘇，全球LED市場達到了176億美金，預計2026年全球LED市場規(guī)?？蛇_300億美元，年復合增長率近15%。雖然2023年上半年整體市場表現(xiàn)并不盡人意，但我國下半年有望推出相應經(jīng)濟刺激制度推動市場增長。預估2023年全球LED市場規(guī)模繼續(xù)保持增長，但增速可能不及2022年；

三是射頻器件市場。與射頻器件相關的芯片多數(shù)由鎵砷基襯底制造而來，射頻芯片是無線通信的核心部件，是天線和基帶之間的組件，包括功率、放大器、射頻開關、射頻濾波器、低噪音放大器等。Yole數(shù)據(jù)顯示，2020年~2026年全球光通訊市場規(guī)模將從96億美元增長至209億美元，年復合年增長率達14%，主要由大型云服務運營商、電信運營商大量采用100G以上高速光模塊所驅(qū)動。

四是功率器件市場。近幾年最為熱門的就是GaN快充頭，Yole報告顯示，功率器件是實現(xiàn)全球碳達峰和碳中和的重要部分，2020年~2026年，全球功率和半導體器件市場將從175億美元增長至262億美元，年復合增長率達6.9%。

VCSEL：從數(shù)據(jù)中心到千行百業(yè)過去，VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）多用于數(shù)據(jù)中心光模塊，而光模塊最終用戶是百度、阿里、騰訊、快手、字節(jié)等互聯(lián)網(wǎng)公司。近幾年，VCSEL芯片先是在2015年被引入蘋果手機內(nèi)，后是逐漸應用到汽車領域，用于監(jiān)控駕駛員狀態(tài)、疲勞駕駛等，預計2027年全球市場規(guī)?？蛇_40億美元。 VCSEL可分為鎵砷基、銦磷基、銻化鎵基等材料，波長在900nm左右的VCSEL技術最為成熟，價格也最低，主要應用于掃地機器人避障功能、車載雷達及監(jiān)控、手機中的Face ID，650nm及以下，價格相對較高，則主要應用于AR/VR眼鏡的Micro-LED顯示、汽車尾燈等，長波的VCSEL難度較大，價格會更高。 除了汽車市場，VCSEL的潛力還很大，擁有諸多應用領域：

醫(yī)療美容：近幾年，激光脫毛增速明顯，相比傳統(tǒng)光源，VCSEL激光擁有更好的單色性、更高的瞬時脈沖能量密度和更高的安全性；

探測：一是消費品的探測功能，比如，智能手表的血氧飽和度功能，VCSEL的功耗只有傳統(tǒng)LED的十分之一，從而可以延長待機時長；二是氣體探測，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳等氣體，均可由特定波長VCSEL芯片實現(xiàn)濃度監(jiān)控，相比DFB芯片，VCSEL可靠性更高、成本更低并以單模輸出；

汽車雷達：目前無人駕駛主流方案是鎵砷基和銦磷基的半導體激光器，包括邊發(fā)射和垂直腔面發(fā)射（VCSEL）兩種形式，950nm和1550nm兩種波長搭配使用，目前國內(nèi)速騰、禾賽等公司產(chǎn)品以905nm為主，不過因波長較短，最大的探測距離只有50m~200m，所以需要搭配1550nm波長使用，使探測距離達到300m，但1550nm技術難度非常高，目前尚達不到探測需求，主要以邊發(fā)射路線為主；

光存儲：紅光半導體激光器廣泛用于CD、VCD、DVD讀寫光頭、掃描槍領域；

接近傳感：大多消費產(chǎn)品諸如TWS耳機、AR/VR眼鏡、無人機、掃地機器人等都會搭載VCSEL芯片進行傳感控制；

3D人臉識別：主要有結構光和飛行時間兩種方案，結構光利用帶有編碼信息激光點陣投射在物體上，再通過算法計算返回編碼圖案的畸變得到物體的位置和深度信息，光飛行時間法利用測量光飛行時間或相位差獲取距離信息，940nm的VCSEL廣泛應用于消費電子、智能門鎖、智能支付、安防等領域，最頂級、最安全、最好用方案均采用VCSEL芯片提供解決方案；

光通信/光互聯(lián)：VCSEL技術已非常成熟，成為數(shù)據(jù)中心的主流光子通信技術，耦合效率可達90%，具有易封裝、波長漂移系數(shù)小、低閾值電流、功耗低、數(shù)據(jù)速率高等優(yōu)勢，其中1000nm以下850nm是最主流產(chǎn)品，應用覆蓋100/200/400/800G光模塊，1000nm以上VCSEL包括 1270nm、1310nm和1550nm，目前，56G速率以上VCSEL光芯片基本被索尼、住友等國外公司壟斷，國內(nèi)暫時還是空白。

國內(nèi)VCSEL玩家基本70%以上都是Fabless（無晶圓廠模式），且均在起步階段，多數(shù)企業(yè)基本處于A輪、B輪或天使輪融資，他們的最終用戶是華為、小米這樣的手機客戶。先導科技集團：做化合物半導體界的臺積電“我們的目標是做到化合物半導體界的臺積電?！?先導科技集團有限公司副總經(jīng)理周國芳表示，不僅如此，我們還要做到“人無我有、人有我優(yōu)”。 成立于1995年的先導科技集團是稀散金屬全產(chǎn)業(yè)鏈的國家高新技術企業(yè)，業(yè)務包括稀散金屬、高端材料、器件、模組、系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和回收服務。目前先導科技集團擁有5000多名員工，分為化合物半導體事業(yè)部、紅外與激光事業(yè)部、薄膜技術事業(yè)部、功能材料四大事業(yè)部。 先導科技集團的強項是稀有和分散，包括硒、鉍、碲、銦、鎵、鍺和錸七個金屬，波長主要集中在可見光和紅外光，其中可見光產(chǎn)品包括鎵砷基的VSCEL激光器，紅外光產(chǎn)品包括1270nm、1330nm、1550nm的銦磷基激光器和探測器，紫外光產(chǎn)品主要包括8nm~12nm的硫化鋅、硒化鋅、氧化釩、碲化鎘、碲鎘汞芯片。 根據(jù)先導科技集團有限公司副總經(jīng)理周國芳介紹，先導科技集團的GaAs材料業(yè)務是覆蓋材料提煉、襯底、外延、芯片、器件的垂直一體化流程，同時在芯片生產(chǎn)上，也使用了頂級的***、鍍膜、氧化、刻蝕、金屬化、濕法氧化、研磨、激光切割、測試等設備。目前，先導科技集團擁有6英寸的鎵砷基和4英寸的銦磷基芯片制造能力，其中鎵砷基材料在全球擁有接近60%市場。 威科賽樂是先導科技集團旗下子公司，目前在重慶占地75畝，員工數(shù)超過300名，一期投資達到13億元人民幣，即將啟動10億元人民幣的二期投資。威科賽樂主要業(yè)務是銦磷基的外延和芯片以及VCSEL、Detector、μLED、探測器、空間太陽能電池等光電芯片。目前威科賽樂具有從襯底到外延再到芯片的垂直一體化能力，能夠以IDM形式自我設計，根據(jù)客戶需求快速迭代研發(fā)，從而響應客戶需求。