大陸半導(dǎo)體材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)：硅產(chǎn)業(yè)體系逐漸完善，化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系初現(xiàn)

　　在整個(gè)半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈中，半導(dǎo)體設(shè)備和材料均屬于上游產(chǎn)業(yè)，目前這兩個(gè)領(lǐng)域也主要被美國(guó)和日本壟斷著。根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)SEMI的統(tǒng)計(jì)，2017年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額為570億美元，而全球半導(dǎo)體材料市場(chǎng)銷售額為469億美元，兩者相加總共達(dá)到1039億美元。值得一提的是，根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)顯示，2017年整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總銷售額是4197億美元，也就是說(shuō)設(shè)備加材料占據(jù)了整體市場(chǎng)規(guī)模的四分之一。

　　雖然，設(shè)備和材料業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模不大，但是由于其處于產(chǎn)業(yè)鏈的最上游，重要性不言而喻。從材料領(lǐng)域來(lái)看，大陸半導(dǎo)體材料行業(yè)由于起步較晚，且受到技術(shù)、資金、以及人才的限制，與國(guó)外仍存在著很大差距。但是，伴隨著大陸晶圓廠的不斷拓建，以及國(guó)家的大力扶持，大陸半導(dǎo)體材料市場(chǎng)規(guī)模正呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

　　大陸地區(qū)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)銷售額逐年增長(zhǎng)

　　據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2017年，全球半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到469.3億美元，同比增長(zhǎng)9.60%。目前，半導(dǎo)體材料市場(chǎng)主要分為晶圓材料和封裝材料市場(chǎng)，其中晶圓材料2017年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)278.0億美元，封裝材料市場(chǎng)規(guī)模達(dá)191.1億美元。

　　從區(qū)域來(lái)看，臺(tái)灣地區(qū)由于大型晶圓廠和先進(jìn)的封裝場(chǎng)聚集，連續(xù)第八年成為最大的半導(dǎo)體材料消費(fèi)地區(qū)，成交金額為103億美元，市場(chǎng)份額達(dá)10.29%，年成長(zhǎng)率達(dá)12%。而大陸地區(qū)緊隨其中，市場(chǎng)份額達(dá)7.62%，年成長(zhǎng)率達(dá)12%。其次是韓國(guó)和日本。

　　值得一提的是，近年來(lái)大陸地區(qū)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)銷售額逐年攀升。2011年，大陸地區(qū)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)銷售額僅48.6億美元;至2017年，大陸地區(qū)半導(dǎo)體材料銷售額升至76.2億美元，增長(zhǎng)了56.8%。毫無(wú)疑問(wèn)，大陸地區(qū)是全球半導(dǎo)體材料市場(chǎng)增長(zhǎng)最快速的地區(qū)之一。

　　硅產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)步追趕，化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈初現(xiàn)

　　前文有提到，半導(dǎo)體材料市場(chǎng)主要分為晶圓材料和封裝材料市場(chǎng)。其中，晶圓制造所需的材料是核心，如若按照體系來(lái)分，晶圓材料可大致分為硅和化合物半導(dǎo)體兩套體系。經(jīng)歷了60余年的技術(shù)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，目前晶圓材料形成了當(dāng)今以硅為主、新型半導(dǎo)體材料為補(bǔ)充的產(chǎn)業(yè)局面。

　　據(jù)中信證券報(bào)告顯示，晶圓(wafer)是制造半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)性原材料。20世紀(jì)50年代，鍺(Ge)是最早采用的半導(dǎo)體材料，最先用于分立器件中。但是鍺器件的耐高溫和抗輻射性能存在短板，到60年代后期逐漸被硅(Si)器件取代。截至目前，硅已經(jīng)成為應(yīng)用最廣的一種半導(dǎo)體材料，從半導(dǎo)體器件產(chǎn)值來(lái)看，全球95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路采用硅作為襯底材料。

　　雖然硅材料的主導(dǎo)和核心地位仍不會(huì)動(dòng)搖，但是硅材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻、高功率器件上的應(yīng)用。從目前來(lái)看，以砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)為代表的化合物半導(dǎo)體材料已經(jīng)成為繼硅之后發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的半導(dǎo)體材料。

　　值得注意的是，由于化合物半導(dǎo)體材料具有優(yōu)越的性能和能帶結(jié)構(gòu)，因而化合物半導(dǎo)體多用于射頻器件、光電器件、功率器件等制造，具有很大發(fā)展?jié)摿ΑＥc之相反的是，硅器件則多用于邏輯器件、存儲(chǔ)器等，相互之間具有不可替代性。

　　化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)被國(guó)外巨頭壟斷

　　不同于硅產(chǎn)業(yè)體系已然成熟，大陸地區(qū)的化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系仍處于發(fā)展之初。眾所周知，晶圓制備包括襯底制備和外延工藝兩大環(huán)節(jié)，其中從襯底市場(chǎng)來(lái)看，由于高技術(shù)門檻導(dǎo)致化合物半導(dǎo)體襯底市場(chǎng)被日本、美國(guó)、德國(guó)廠商主導(dǎo)著。

　　具體來(lái)看，GaAs襯底目前已被日本住友電工、德國(guó)Freiberg、美國(guó)AXT、日本住友化學(xué)四家占據(jù)，四家份額超90%;GaN自支撐襯底目前主要由日本三家企業(yè)住友電工、三菱化學(xué)、住 友化學(xué)壟斷，占比合計(jì)超 85%;SiC襯底龍頭為美國(guó) Cree(Wolfspeed 部門)，市場(chǎng)占比超三分之一，其次為德國(guó)SiCrystal、美國(guó) II-VI、美國(guó) Dow Corning，四家合計(jì)份額超90%。

　　值得一提的是，近幾年大陸地區(qū)也出現(xiàn)了具備一定量產(chǎn)能力的SiC襯底制造商，如天科合達(dá)藍(lán)光。

　　而從外延工藝市場(chǎng)來(lái)看，外延生長(zhǎng)主要包括 MOCVD(化學(xué)氣相沉淀)技術(shù)以及MBE(分 子束外延)技術(shù)兩種。英國(guó)IQE及臺(tái)灣地區(qū)全新光電兩家份額合計(jì)達(dá)80%，其中英國(guó)IQE市場(chǎng)占比超60%。

　　化合物半導(dǎo)體晶圓的下游應(yīng)用

　　從具體應(yīng)用來(lái)看，化合物半導(dǎo)體下游具體應(yīng)用主要可分為兩大類：光學(xué)器件和電子設(shè)備。其中，光學(xué)器件包括LED發(fā)光二極管、LD激光二極管、PD光接收器等;電子器件包括PA功率放大器、LNA低噪聲放大器、射頻開關(guān)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、微波單片IC、功率半導(dǎo)體器件、霍爾元件等。對(duì)于GaAs材料而言，SC GaAs(單晶砷化鎵)主要應(yīng)用于光學(xué)器件，SI GaAs(半絕緣砷化鎵) 主要應(yīng)用于電子器件。

　　在光學(xué)器件中，LED為占比最大一項(xiàng)，LD/PD、VCSEL成長(zhǎng)空間大。美國(guó)Cree公司大約70%收入來(lái)自LED，其余來(lái)自功率、射頻、SiC晶圓;SiC襯底80%的市場(chǎng)來(lái)自二極管，在所有寬禁帶半導(dǎo)體襯底中，Si材料是最為成熟的。

　　不同化合物半導(dǎo)體材料制造的LED對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)光線：GaAs LED發(fā)紅光、綠光，GaP 發(fā)綠光，SiC發(fā)黃光，GaN發(fā)藍(lán)光，應(yīng)用GaN藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光材料可以制造白光 LED。此外GaAs可制造紅外光LED，常見的應(yīng)用于遙控器紅外發(fā)射，GaN則可以制造紫外光 LED。GaAs、GaN分別制造的紅光、藍(lán)光激光發(fā)射器可以應(yīng)用于CD、DVD、藍(lán)光光盤的讀取。

　　此外，在電子器件中，主要為射頻和功率應(yīng)用。GaN on SiC、GaN自支撐襯底、GaAs襯底、GaAs on Si主要應(yīng)用于射頻半導(dǎo)體(射頻前端PA等);而GaN on Si以及SiC襯底主要應(yīng)用于功率半導(dǎo)體(汽車電子等)。

　　中信報(bào)告指出，盡管我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)目前正處于快速發(fā)展階段，但總體來(lái)看存在總體產(chǎn)能較低，全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱，核心芯片領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化程度低，對(duì)國(guó)外依賴程度較高等現(xiàn)狀。2017年中國(guó)半導(dǎo)體消費(fèi)額1315億美元，占全球32%，已成為全球最大市場(chǎng)，但芯片自給率僅14%，具有較大追趕空間。目前硅基器件國(guó)內(nèi)體系已逐漸完善，由制造落地帶動(dòng)設(shè)計(jì)、封裝、設(shè)備、材料等，一批重點(diǎn)公司涌現(xiàn);化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)體系處于發(fā)展之初，有望由設(shè)計(jì)帶動(dòng)制造，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。