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

　　在整個半導體的產(chǎn)業(yè)鏈中，半導體設備和材料均屬于上游產(chǎn)業(yè)，目前這兩個領域也主要被美國和日本壟斷著。根據(jù)國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會SEMI的統(tǒng)計，2017年全球半導體設備銷售額為570億美元，而全球半導體材料市場銷售額為469億美元，兩者相加總共達到1039億美元。值得一提的是，根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)顯示，2017年整個半導體產(chǎn)業(yè)總銷售額是4197億美元，也就是說設備加材料占據(jù)了整體市場規(guī)模的四分之一。

　　雖然，設備和材料業(yè)的市場規(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。從材料領域來看，大陸半導體材料行業(yè)由于起步較晚，且受到技術、資金、以及人才的限制，與國外仍存在著很大差距。但是，伴隨著大陸晶圓廠的不斷拓建，以及國家的大力扶持，大陸半導體材料市場規(guī)模正呈現(xiàn)快速增長趨勢。

　　大陸地區(qū)半導體材料市場銷售額逐年增長

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

　　從區(qū)域來看，臺灣地區(qū)由于大型晶圓廠和先進的封裝場聚集，連續(xù)第八年成為最大的半導體材料消費地區(qū)，成交金額為103億美元，市場份額達10.29%，年成長率達12%。而大陸地區(qū)緊隨其中，市場份額達7.62%，年成長率達12%。其次是韓國和日本。

　　值得一提的是，近年來大陸地區(qū)半導體材料市場銷售額逐年攀升。2011年，大陸地區(qū)半導體材料市場銷售額僅48.6億美元;至2017年，大陸地區(qū)半導體材料銷售額升至76.2億美元，增長了56.8%。毫無疑問，大陸地區(qū)是全球半導體材料市場增長最快速的地區(qū)之一。

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

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

　　據(jù)中信證券報告顯示，晶圓(wafer)是制造半導體器件的基礎性原材料。20世紀50年代，鍺(Ge)是最早采用的半導體材料，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)成為應用最廣的一種半導體材料，從半導體器件產(chǎn)值來看，全球95%以上的半導體器件和99%以上的集成電路采用硅作為襯底材料。

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

　　值得注意的是，由于化合物半導體材料具有優(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、存儲器等，相互之間具有不可替代性。

　　化合物半導體市場被國外巨頭壟斷

　　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)，其中從襯底市場來看，由于高技術門檻導致化合物半導體襯底市場被日本、美國、德國廠商主導著。

　　具體來看，GaAs襯底目前已被日本住友電工、德國Freiberg、美國AXT、日本住友化學四家占據(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、住 友化學壟斷，占比合計超 85%;SiC襯底龍頭為美國 Cree(Wolfspeed 部門)，市場占比超三分之一，其次為德國SiCrystal、美國 II-VI、美國 Dow Corning，四家合計份額超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，如天科合達藍光。

　　而從外延工藝市場來看，外延生長主要包括 MOCVD(化學氣相沉淀)技術以及MBE(分 子束外延)技術兩種。英國IQE及臺灣地區(qū)全新光電兩家份額合計達80%，其中英國IQE市場占比超60%。

　　化合物半導體晶圓的下游應用

　　從具體應用來看，化合物半導體下游具體應用主要可分為兩大類：光學器件和電子設備。其中，光學器件包括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、數(shù)模轉(zhuǎn)換、微波單片IC、功率半導體器件、霍爾元件等。對于GaAs材料而言，SC GaAs(單晶砷化鎵)主要應用于光學器件，SI GaAs(半絕緣砷化鎵) 主要應用于電子器件。

　　在光學器件中，LED為占比最大一項，LD/PD、VCSEL成長空間大。美國Cree公司大約70%收入來自LED，其余來自功率、射頻、SiC晶圓;SiC襯底80%的市場來自二極管，在所有寬禁帶半導體襯底中，Si材料是最為成熟的。

　　不同化合物半導體材料制造的LED對應不同波長光線：GaAs LED發(fā)紅光、綠光，GaP 發(fā)綠光，SiC發(fā)黃光，GaN發(fā)藍光，應用GaN藍光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、藍光激光發(fā)射器可以應用于CD、DVD、藍光光盤的讀取。

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

　　中信報告指出，盡管我國半導體產(chǎn)業(yè)目前正處于快速發(fā)展階段，但總體來看存在總體產(chǎn)能較低，全球市場競爭力弱，核心芯片領域國產(chǎn)化程度低，對國外依賴程度較高等現(xiàn)狀。2017年中國半導體消費額1315億美元，占全球32%，已成為全球最大市場，但芯片自給率僅14%，具有較大追趕空間。目前硅基器件國內(nèi)體系已逐漸完善，由制造落地帶動設計、封裝、設備、材料等，一批重點公司涌現(xiàn);化合物半導體產(chǎn)業(yè)體系處于發(fā)展之初，有望由設計帶動制造，填補國內(nèi)空白。