大陸半導體材料市場快速增長：硅產業體系逐漸完善，化合物半導體產業體系初現

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從材料領域來看，大陸半導體材料行業由於起步較晚，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擴建，以及國家的大力扶持，大陸半導體材料市場規模正呈現快速增長趨勢。

文｜茅茅

校對｜Aki

圖源｜中信證券

集微網消息，在整個半導體的產業鏈中，半導體設備和材料均屬於上游產業，目前這兩個領域也主要被美國和日本壟斷著。根據國際半導體產業協會SEMI的統計，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Gartner的數據顯示，2017年整個半導體產業總銷售額是4197億美元，也就是說設備加材料佔據了整體市場規模的四分之一。

雖然，設備和材料業的市場規模不大，但是由於其處於產業鏈的最上游，重要性不言而喻。從材料領域來看，大陸半導體材料行業由於起步較晚，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模正呈現快速增長趨勢。

大陸地區半導體材料市場銷售額逐年增長

據前瞻產業研究院數據顯示，2017年，全球半導體材料產業規模達到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年市場規模達278.0億美元，封裝材料市場規模達191.1億美元。

從區域來看，台灣地區由於大型晶圓廠和先進的封裝場聚集，連續第八年成為最大的半導體材料消費地區，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，近年來大陸地區半導體材料市場銷售額逐年攀升。2011年，大陸地區半導體材料市場銷售額僅48.6億美元；至2017年，大陸地區半導體材料銷售額升至76.2億美元，增長了56.8%。毫無疑問，大陸地區是全球半導體材料市場增長最快速的地區之一。

硅產業鏈穩步追趕，化合物半導體產業鏈初現

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，晶圓製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。經歷了60餘年的技術演進和產業發展，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業局面。

據中信證券報告顯示，晶圓(wafer)是製造半導體器件的基礎性原材料。20世紀50年代，鍺(Ge)是最早採用的半導體材料，最先用於分立器件中。但是鍺器件的耐高溫和抗輻射性能存在短板，到60年代後期逐漸被硅(Si)器件取代。截至目前，硅已經成為應用最廣的一種半導體材料，從半導體器件產值來看，全球95%以上的半導體器件和99%以上的集成電路採用硅作為襯底材料。

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成為繼硅之後發展最快、應用最廣、產量最大的半導體材料。

值得注意的是，由於化合物半導體材料具有優越的性能和能帶結構，因而化合物半導體多用於射頻器件、光電器件、功率器件等製造，具有很大發展潛力。與之相反的是，硅器件則多用於邏輯器件、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

不同於硅產業體系已然成熟，大陸地區的化合物半導體產業體系仍處於發展之初。眾所周知，晶圓製備包括襯底製備和外延工藝兩大環節，其中從襯底市場來看，由於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、日本住友化學四家佔據，四家份額超90%；GaN自支撐襯底目前主要由日本三家企業住友電工、三菱化學、住友化學壟斷，佔比合計超 85%；SiC襯底龍頭為美國 Cree(Wolfspeed 部門)，市場佔比超三分之一，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，近幾年大陸地區也出現了具備一定量產能力的SiC襯底製造商，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(化學氣相沉澱)技術以及MBE(分子束外延)技術兩種。英國IQE及台灣地區全新光電兩家份額合計達80%，其中英國IQE市場佔比超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發光二極體、LD激光二極體、PD光接收器等；電子器件包括PA功率放大器、LNA低雜訊放大器、射頻開關、數模轉換、微波單片IC、功率半導體器件、霍爾元件等。對於GaAs材料而言，SC GaAs(單晶砷化鎵)主要應用於光學器件，SI GaAs(半絕緣砷化鎵) 主要應用於電子器件。

在光學器件中，LED為佔比最大一項，LD/PD、VCSEL成長空間大。美國Cree公司大約70%收入來自LED，其餘來自功率、射頻、SiC晶圓；SiC襯底80%的市場來自二極體，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製造的LED對應不同波長光線：GaAs LED發紅光、綠光，GaP 發綠光，SiC發黃光，GaN發藍光，應用GaN藍光LED激發黃色熒光材料可以製造白光 LED。此外GaAs可製造紅外光LED，常見的應用於遙控器紅外發射，GaN則可以製造紫外光 LED。GaAs、GaN分別製造的紅光、藍光激光發射器可以應用於CD、DVD、藍光光碟的讀取。

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主要應用於射頻半導體(射頻前端PA等)；而GaN on Si以及SiC襯底主要應用於功率半導體(汽車電子等)。

中信報告指出，儘管我國半導體產業目前正處於快速發展階段，但總體來看存在總體產能較低，全球市場競爭力弱，核心晶元領域國產化程度低，對國外依賴程度較高等現狀。2017年中國半導體消費額1315億美元，佔全球32%，已成為全球最大市場，但晶元自給率僅14%，具有較大追趕空間。目前硅基器件國內體系已逐漸完善，由製造落地帶動設計、封裝、設備、材料等，一批重點公司湧現；化合物半導體產業體系處於發展之初，有望由設計帶動製造，填補國內空白。

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