2021年全球磷化铟衬底行业现状、竞争格局及趋势分析,5G基站建设带动光模块需求「图」

一、磷化铟衬底综述

衬底是具有特定晶面和适当电学,光学和机械特性的用于生长外延层的洁净单晶薄片。常见的半导体材料以物理性能区分可划分为三代:以硅、锗等元素半导体材料为代表的第一代,奠定微电子产业基础;以砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等化合物材料为代表的第二代,奠定信息产业基础;以及以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等宽禁带半导体材料为代表的第三代,支撑战略性新兴产业的发展。

衬底材料分类

衬底材料分类

资料来源:公开资料整理

在高频、高功耗、高压、高温等特殊应用领域,III-V族化合物半导体材料以及宽禁带化合物半导体材料作为衬底有独特的优势。具体InP、SiC、GaN等半导体材料特性参数对比如下:

InP、SiC、GaN等材料的特性参数对比

InP、SiC、GaN等材料的特性参数对比

资料来源:公开资料整理

二、磷化铟行业相关政策梳理

磷化铟是半导体产业金属新材料中5G产业金属相关材料,5G产业金属相关材料主要包括高频覆铜板、砷化镓、磷化铟等。从政策端来看,政策大力支持,为新材料行业发展保驾护航。由于我国关键材料领域供给缺口较大,国家相继颁布相关政策规划大力发展新材料行业。2012年以来,各部门相继出台新材料产业发展规划和指导意见,通过纲领性文件、指导性文件、规划发展目标与任务等构筑起新材料发展政策金字塔,予以全产业链、全方位的指导。

中国新材料行业相关政策梳理

中国新材料行业相关政策梳理

资料来源:政府公开报告,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国磷化铟行业市场全景评估及发展战略规划报告

三、磷化铟衬底产业链

磷化铟是磷和铟的化合物,磷化铟作为半导体材料具有优良特性。使用磷化铟衬底制造的半导体器件,具备饱和电子漂移速度高、发光波长适宜光纤低损通信、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率高、禁带宽度较高等特性,因此磷化铟衬底可被广泛应用于制造光模块器件、传感器件、高端射频器件等对应下游终端领域包括5G通信、数据中心、人工智能、无人驾驶、可穿戴设备等领域。

磷化铟衬底产业链

磷化铟衬底产业链

资料来源:公开资料整理

铟最多获取自硫化锌矿物闪锌矿。从锌矿中回收的铟含量在百万分之一到万分之一之间。尽管黄铜矿和锡石等基础金属硫化物中也有微量铟存在,但这些矿物的大多数矿床对铟的回收不经济。据USGS数据,2021年全球铟产量920吨,其中我国产量530吨,占比57.6%。由于铟为伴生矿,无法估算储量。

2020-2021年全球各国铟产量情况

2020-2021年全球各国铟产量情况

资料来源:USGS,华经产业研究院整理

四、磷化铟衬底行业现状分析

1、磷化铟衬底应用情况

从全球磷化铟衬底应用情况来看,据Yole数据显示,2020年光模块器件、传感器件、高端射频器件三者销量占比分别为82%、4%和14%。光模块器件和高端射频器件目前是磷化铟下游主要的应用。

2020年全球磷化铟衬底下游市场销量结构情况

2020年全球磷化铟衬底下游市场销量结构情况

资料来源:Yole,华经产业研究院整理

2、光模块领域磷化铟衬底市场现状

从光模块器件领域磷化铟市场销量来看,受益于全球范围内5G基站大规模建设的铺开,以及在数据流量爆发增长的背景下,全球云计算产业的发展也将带动全球范围内数据中心的大量建设,带动磷化铟衬底市场。据统计,2020年全球光模块器件磷化铟衬底销量为43.88万片(折合2英寸),同比增长9.40%。预计2026年市场销量达到100.03万片,2019年-2026年复合增长率达13.94%。

2019-2026年全球光模块器件磷化铟衬底销量及增速情况

2019-2026年全球光模块器件磷化铟衬底销量及增速情况

资料来源:Yole,华经产业研究院整理

从市场规模来看,据Yole数据,2020年全球光模块器件磷化铟衬底市场规模为0.77亿美元,同比增长8.45%。预计2026年市场规模达到1.57亿美元,2019-2026年复合增长率达13.94%。

2019-2026年全球光模块器件磷化铟衬底市场规模及增速

2019-2026年全球光模块器件磷化铟衬底市场规模及增速

资料来源:Yole,华经产业研究院整理

五、磷化铟衬底行业竞争格局

从市场格局来看,磷化铟衬底材料市场头部企业集中度很高,主要供应商包括Sumitomo、北京通美(AXT持股85.6%)、日本JX等。据统计,2020年全球前三大厂商占据磷化铟衬底市场90%以上市场份额,其中Sumitomo为全球第一大厂商,占比为42%;北京通美位居第二,占比36%。

2020年全球磷化铟衬底市场竞争格局情况

2020年全球磷化铟衬底市场竞争格局情况

资料来源:Yole,华经产业研究院整理

六、磷化铟衬底行业未来发展趋势

1、磷化铟衬底用于制造光模块中的激光器和接收器,随着5G基站建设的大规模铺开,将极大带动对光模块需求的增长。光模块是光通信的核心器件,主要应用于通信基站和数据中心等领域。磷化铟衬底用于制造光模块中的激光器和接收器。根据相关数据,5G基站对光模块的使用量显著高于4G基站,随着5G基站建设的大规模铺开,叠加5G基站网络结构的变化,将极大带动对光模块需求的增长。

2、光通信芯片主要基于成本较高的InP材料体系,而磷化铟单晶制备技术壁垒高,美国AXT公司和日本住友掌握着行业核心技术。能使单晶批量化生长的技术主要有高压液封直拉法(LEC)、垂直温度梯度凝固法(VGF)和垂直布里奇曼法(VB)。美国AXT公司和日本住友分别使用VGF和VB技术可以生长出直径150mm的磷化铟单晶,日本住友使用VB法制备的直径4英寸掺Fe半绝缘单晶衬底可以批量生产。VGF生产技术要求晶体表面翘曲度小于15微米,位错水平越低越好。中国磷化铟制备技术与国际水平仍有较大差距,国内企业产能规模较小,大尺寸磷化铟晶片生产能力不足。

国内开展磷化铟单晶材料的研究工作已经超过30年,但磷化铟单晶生长技术的研究规模、项目支持力度和投入较小,与国际水平还存在较大差距。目前,国内除通美北京工厂(AXT持股85.6%)外,尚没有可批量生产单晶衬底的厂家。但传统的砷化镓、锗单晶衬底厂家包括珠海鼎泰芯源公司、云南锗业、先导稀材、中科晶电、东一晶体在内的厂家正在积极布局。目前,由于国内激光器外延厂家尚未实现大规模生产,磷化铟衬底占全球总市场份额不足2%。

华经产业研究院对中国磷化铟衬底行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国磷化铟行业市场深度分析及投资战略规划报告》。

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责任编辑:罗江_HN376
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