2020年化合物半導體磷化銦研究報告

1、2020年化合物半導體磷化錮研究報告一.化合物半導體磷化鋼(InP) 電學性質優(yōu)越磷化鋼是第二代半導體材料，廣泛應用于光通信集 成電路等領域。5G時代技術革 新帶來以磷化S(InP)x 碎化稼(GaAS )為代表的第二代半導體材料的蓬勃發(fā)展。 半導體材料按照物理性質可以劃分三代，分別是以Si、 Ge為代表的第一代Z InP. GaAS為代表 的第二代， GaNX SiC為代表的第三代。磷化鋼(InP)是一種III-V 族化合物，閃鋅礦型晶體結構，晶格常數(shù)為5.87×10-10 m Z禁帶寬度為1.34 eV Z常溫下遷移率為3000-4500 cm2(V.S)o InP晶體具有飽和電

2、子漂移速度高、抗輻射 能力強、導熱性好、光電轉換效率高等諸多優(yōu)點Z被廣 泛應用于光通信、高頻毫米波器件、光電集成電路和外層 空間用太陽 電池等領域。未來組件需求將以高速、高頻 與高功率等特性，鏈接5G通訊、車用電子與光通訊領 域的應用，第二、三代化合物半導體有望突破硅半導體摩 爾走律。(一) 磷化鋼半導體電學性能突出磷化鋼(InP )和Ii申化稼(GaAS )相比#電學等物理性質優(yōu)勢突出，在半導體光通信領域應用占據優(yōu)勢。1 )磷化鋼具有高電子峰值漂移速度、高禁帶寬度、高熱導率 等優(yōu)點。InP的直接躍遷帶隙為1.35eV Z對應光通信中 傳輸損耗最小的波段；熱導率高于GaAS Z散熱性能更 好。

3、2）磷化鋼在器件制作中比GaAS更具優(yōu)勢。InP器 件高電流峰谷比決走了器件的高轉換效率；InP慣性能 量時間常數(shù)是GaAS的一半，工作效率極限高出GaAS 器件一倍；InP器件具有更好的噪聲特性。3 ）磷化鋼 （InP ）作為襯底材料主要有以下應用 途徑。光電器件， 包括光源（LED ）和探測器（APD雪崩光電探測器）等Z 主要用于光纖通信系統(tǒng)；集成激光器、光探測器和放大 器等，是光電集成電路是新一代40Gbs通信系統(tǒng)必不 可少的部件。（二）磷化鋼材料光電領域應用占優(yōu)磷化錮應用涵蓋光纖通信光電器件.醫(yī)療及傳感等多種領域。目前主要應用于1）用于光纖通信技術。在磷 化鋼單晶襯底上制備的InGaA

4、SP/InP , InGaAS/InP異質結材料所制 備的13-1.6m光源和探測器已廣泛用 于光纖通信中；2）材料在光電器件方面得到廣泛應用。（三）磷化鋼單晶制備技術壁壘高能夠使單晶批量化生長的技術主要有高壓液封直拉法（LEC ）、垂直溫度梯度凝固法（VGF ）和垂直布里奇 曼法（VB）。美國AXT公司和日本住友分別使用VGF和 VB技術可以生長出直徑15Omm的磷化鋼單晶，日本 住友使用VB法制備的直徑4英寸摻Fe半 絕緣單晶 襯底可以批量生產。VGF生產技術要求晶體表面翹曲度 小于15微米,位錯水平越低越好。中國磷化鋼制備技 術與國際水平仍有較大差距，國內企業(yè)產能規(guī)模較小，大 尺 寸磷化

5、鋼晶片生產能力不足。二磷化錮光通信產業(yè)鏈，上游國外壟斷有待突破（一）產業(yè)鏈全球分工明確，國內襯底市場占比不足磷化鋼襯底處于產業(yè)鏈上游,80%市場份額被國外廠 商壟斷。目前，日本住友是行業(yè)龍頭，占據著全球60% 市場份額,美國通美市占率15% ,英法的公司市占率各 10%和5%。目前，國內襯底年用量總計在3萬片左右， 占全球總市場份額不足2%o國內能夠生產磷 化鋼晶圓 的企業(yè)較少，珠海鼎泰芯源公司掌握30項專利，正在申 請的專利有10項Z磷化鋼長晶率可達到40%-50%° 而公司背后的技術團隊和技術支撐是中科院。目前鼎泰芯 源 已經掌握了 2英寸到6英寸晶圓的生產技術。（二）上游襯底公

6、司：國外壟斷格局顯著，國內企業(yè) 追趕磷化鋼襯底材料處于光通信產業(yè)鏈上游國外壟斷格局明顯。目前，由于在磷化鋼單晶生長設備和技術方面 存在較高壁壘Z磷化鋼市場參與者較少,且以少數(shù)幾家國 外廠商為 主，主要供應商包括日本住友、日本能源、美國AXT（中國生產）、法國InPaCtX英國 WaferTeCh等, 以上5家廠商占據了全球近80%的市場份額。國內開展磷化鋼單晶材料的研究工作已經超過30 年，但磷化鋼單晶生長技術的研究 規(guī)模、項目支持力度 和投入較小，與國際水平還存在較大差距。目前，國內除 通美北京工廠外，尚沒有可批量生產單晶襯底的廠家。但傳統(tǒng)的碎化殊、錯單晶襯底廠家同樣注意到了該市場 的機會，

7、包括珠海鼎泰芯源公司、云南錯業(yè)、先導稀材、 中科晶電、東一晶體在 內的廠家正在積極布局。目前， 由于國內激光器外延廠家尚未實現(xiàn)大規(guī)模生產，磷化鋼襯 底占全球總市場份額不足2%o（三）中游器件公司：激光器歐美企業(yè)起步較早，光模塊中國市占率高 公司規(guī)模來看Z國外激光器企業(yè)體量較大，國內激光器 企業(yè)仍有差距。歐洲和美國在激光領域起步較早，技術上 具備領先 優(yōu)勢，時至今日許多知名激光器企業(yè)已經發(fā)展 壯大,如美國的IPG光電、COherent （相干，收購德 國羅芬）、nLight（恩耐）、IIVI（貳陸），德國的TrUmPf （通快，收購英國SPl公司），以及丹麥的激光器歐美企業(yè)起步較早，內企業(yè)規(guī)模相

8、對較小。NKTPhOtOniCS等。國內優(yōu)秀的激光器企業(yè)有銳科激光、創(chuàng)鑫激光、杰普特等，但規(guī)模上相對較小。光模塊產業(yè)鏈全球分工明確，國內廠商占據較大市場份額。歐美日等發(fā)達國家技術起 步較早，在芯片和產品 研發(fā)方面擁有較大技術優(yōu)勢。中國在技術方面起步晚，沒 有實現(xiàn)技術獨立的優(yōu)勢，但是憑借勞動力優(yōu)勢、市場規(guī) 模以及電信設備商的扶持，光模塊在產業(yè)鏈中游占據較大市場份額，從OEM、ODM發(fā)展為多個全球市占率領 先的光模塊品牌。光迅科技、中際旭創(chuàng)、華工正源等企 業(yè)占據全球19%光模塊市場份額。產業(yè)鏈分工有效利用 了全球優(yōu)勢生產要素，并避免了重復研發(fā),有利于全球 產業(yè)鏈高效運轉。下游云廠商：亞馬遜市占率全

9、球首位，阿里巴巴追趕從全球云計算市場份額來看，美國廠商占據主導地位，亞 馬遜是唯一的行業(yè)龍頭，阿里云躋身第四位。根據 Gartner的統(tǒng)計，2019年亞馬遜、微軟、谷歌三家美國 廠商在2019年占72%的市場份額。亞馬遜以45%的 市場份額位于全球首位，第二、三、四分別是占據17.9% 市場的微軟、占據9.1%市場的谷歌和占據5.3%市場的 阿里云。三.IDC/5G驅動光模塊需求迅増，磷化鋼材料蓄勢待發(fā)（一）電信+數(shù)通拉動產業(yè)鏈上下游需求増長5G時代光通信行業(yè)的發(fā)展主要帶動光模塊需求増 長。由于現(xiàn)代通信都是由光纖光纜 傳輸，而終端發(fā)送和 接收都是電信號，所以兩端都需要有光電信號的轉換裝置 光模

10、塊。光模塊如今大量應用于通信行業(yè)和數(shù)據中心 行。5G使用的網絡架構相比4G增加了中傳 環(huán)節(jié)，前 傳、中傳、回傳之間均采用光模塊實現(xiàn)互聯(lián)。光模塊需求升級帶動激光器產能的擴張。光通信過程 中，發(fā)射端將電信號轉換成光信號,經過調制由激光器發(fā)射舟光傳向接收端；接收端將光信號轉換成電信號，經過解調變 成信息。其中，光電芯片以其光電信號轉換功 能占據關鍵地位。一是成本占比高,光芯片 和電芯片分 別占光模塊成本50%、20% ,也就是光模塊成本有7成 是芯片；二是技術壁壘 高，光模塊的核心技術就在于芯 片，尤其是光芯片,光芯片的技術決走光模塊的性能。（二）全球及中國光模塊市場趨勢向好光模塊市場前景覆好，預期

11、2025年全球市場規(guī)模 可達百億美元。2011-2019年全球、中國光模塊市場規(guī) 模持續(xù)增長Z從2011年的全球、中國光模塊市場規(guī)模 30.5億、9.5億美元，到2019年的全球、中國光模塊市場規(guī)模59.4億、24.6億美元，分別實現(xiàn)了 8.69%、12.63%的CAGRO根據YOIe發(fā)布的報告顯示Z預計2019-2025年的復合增長率為15% , 2025年光模塊 市場將增長至177億美元。在中國國內新基建帶動5G 和數(shù)據中心的建設Z和疫情影響全球光模塊銷量的兩個 因素作用下，預計近1年內光模塊市場將保持溫和增長。（三）數(shù)通光模塊増量升級JDC高速發(fā)展是引擎云廠商CAPEX整體上升趨勢，指標

12、排名騰訊居于 首位。云廠商CAPEX是判斷光模 塊通信行業(yè)景氣度的 重要指標。2017至2019年云廠商CAPEX增速加大Z 光模塊通信行 業(yè)發(fā)展景氣,國內企業(yè)騰訊和阿里巴巴在 全球指標排名位于前三。IDC高速發(fā)展：流量爆發(fā)帶動全球IDC高速發(fā)展,直接拉動數(shù)通光模塊増量升級。根 據工信部，2017年 我國在用IDC機架規(guī)模166萬架Z數(shù)量1844個;規(guī) 劃在建數(shù)據中心規(guī)模107萬架，數(shù)量463個;IDC市場規(guī)模650.4億元,近五年復合增長率32% Z未來增速有望保持。數(shù)據中心的建設對光模塊的需求巨大，光模 塊需求由40G轉向IOOG乃至更高速率,2017年北 美的超大型數(shù)據中心已經轉換為IO

13、OG Z目前400G即 將大規(guī)模應用，未來甚至有望向800G升級。對比北美Z 國內云計算產業(yè)的加速演進推動數(shù)據中心的建設，有望 拉動新一輪需求。 從數(shù)通光模塊發(fā)展階段來看,400G有望放量増長。IOOG光模塊的發(fā)貨量趨勢對400G有一走參照價值。2010年IOOG進入行業(yè)標準和專利的規(guī)劃部署階段，2015年進入生產 啟動期并帶來固走設備和資產投入，2016年開始進入發(fā)貨量蓬勃上升期,2017-2018年出 貨量大幅增長。據產業(yè)調研結果Z 2019年由于云廠商技 術準備不足,400G全球出貨量僅10余萬只，約等于 2016年IOOG出貨量水平，低于市場預期，預計2020 年出貨量將有數(shù)倍增長，我

14、們預計全球需求量有望達到 80萬只。據IHS估算，2019是400G預計出貨量 140萬美元,未來五年銷售額將以205%速度增長， 2023年占據市場份額的25%o三.電信光模塊需求旺盛，5G驅動新一輪量價齊升5G采用更高頻段更大帶競、DU/CU分離,帶來基站數(shù)量.網絡架構和網絡容量的變化，驅動光模塊放 量升級的新一輪需求同時，疫情催化下政策加碼5G等 新基建領域也有望拉動光模塊的長期需求。目前來看，5G已成為各國搶占科技制高點的必爭之地。我國運營商CAPEX 2015-2018年持續(xù)下滑Z 2019年隨著5G商 用啟動Z移動/聯(lián)通/電信計劃5G投入170/60-80/90 億元，總資本開支有

15、望同比增加6% Z我們預計未來三年 運營商CAPEX將比今年提升10-20% ,未來十年國內 5G CAPEX約1.3萬億元，相比4G增加57%o2019年我國已經建成超過13萬個5G基站，2020年為5G基站大規(guī)模建設元年，預計5G宏站 500萬個，未來三年迎來建站高峰。宏站方面，國內5G 投資周期比4G相對拉長,預計為8-10年（3G/4G大 約5年）Z根據工信部數(shù)據，截至2019年6月國內 4G基站445萬個;綜合5G頻譜及相應覆蓋增強方 案Z測算未來十年國內5G宏基站約4G的1-1.2倍Z 合計約500-600萬。目前，2019年6月底第一期 NSA基站集采招標完成Z招標量滿足2019

16、年建成約 15萬5G基站的目標。第二輪SA集采逐步落地Z保 守預計總體招標規(guī)模至少在55萬站，2020年完成建 設。微站方面Z宏站站址建設難度較大且市場較為飽和Z 同時5G頻率更高理論上覆蓋空洞更多Z因此宏站料無 法完全滿足eMBB場景 的需求Z需要大量微站對局部 熱點高容量的地區(qū)進行補盲，我們預計微站數(shù)量達千萬級 別。5G光模塊市場總體規(guī)模過百億,約占5G總投資比 重約4.6%。按照前述宏站500萬站（每站6對）、 微基站IOOo萬站（每站1對）測算,前傳光模塊數(shù)量 將達8000萬只左右。即使按光模塊單價250元/只測 算，預計前傳光模塊市場規(guī)模將在200億元左右。另 外，根據OVUM預測，

17、隨著全球5G網絡建設的興起, 25G光模塊將在2019年開始逐步 放量并在2024年 達到高峰期,數(shù)量預計達到1260萬只，其中70%會應 用在中國市場。整體來看，前傳一中傳一后傳對于光模塊需求速率提 升數(shù)量減少。由于通信承載網 絡由接入層一匯聚層一 核心層不斷收束，帶寬需求不斷提升,導致光模塊速率需 求隨之提升；網絡鏈路不斷匯集，導致光模塊數(shù)量需求 隨之下降。（一）磷化鋼材料在光模塊組件占據關鍵地位磷化鋼是光模塊組件激光器和接收器的關犍半導體 材料。磷化鋼（InP ）可以作為半導 體激光器的增益介質， 此型激光器波長L3微米，輸出功率可達350kW Z能 量轉換功率高，同時兼?zhèn)渲亓枯p、壽命長

18、、結構簡單的 優(yōu)點。磷化鋼（InP ）作為光電接收器的半導體材料，同 樣以其突出的電學性質處于重要應用位置。（二）磷化鋼襯底蓄勢待發(fā)預期2024年應用市 場規(guī)模達1.7億美元磷化鋼襯底主要需求來自歐美和日本，占總體需求的 80%左右。據中國新材料產業(yè) 發(fā)展年度報告中公布Z2015年磷化鋼襯底需求約為140萬片/年，80%來自歐 美和日本 下游客戶，中國大陸的客戶僅僅有3%o預計 到2021年，全球磷化鋼襯底需求約為400萬 片/年Z中國大陸的磷化鋼代工廠商將逐步開始量產。2021年中 國大陸磷化鋼襯底需求占比預計將上升至全球的10% Z 年需求量為40萬片左右。際廠商占據磷化鋼襯底超過90%市

19、場份額。磷化鋼單晶生長設備和技術存在較高壁壘，市場參與者較少Z 主要為日美等國際廠商。其中日本住友電工市場份額最 大，約占總體份額的60%o國內生產傳統(tǒng)單晶襯底的廠 家目前也開始積極布局磷化鋼產品,主要廠家 有云南錯 業(yè)、廣東先導、鼎泰芯源等，目前仍處于小批量試產狀態(tài)。磷化鋼2英寸襯底需求目前占主導地位，4英寸需求未 來穩(wěn)步増加。根據中國新材料產業(yè)發(fā)展年度報告預測， 2021年全球2英寸磷化鋼襯底需求達到約400萬 片，相比YoIe預測2021年4英寸磷化鋼襯底需求約 105萬片。其中中國大陸2英寸襯底需求預期2021 年會達到40萬片。而未來全球4英寸襯底的需求預期 2024年擴張至約160

20、萬片，其中數(shù)通領域的應用料將 逐步增加并在未來超過電信領域占主導地位。預計2024年全球磷化錮襯底市場規(guī)模為1.7億 美元,CAGR 為 14%。根據 SemiCOndUCtOr TOday 預 測,全球磷化鋼應用市場規(guī)模將從2018年的0.77億 美元，提高到2024的1.7億美元,CAGR為14%o 其中數(shù)通光模塊在IDC高速增長下市場規(guī)模增量有望 升級，從2018年0.22億美元、占比29% ,未來預期 增長至2024年0.96億美元、占比56%o電信光模 塊應用在5G驅動下增長穩(wěn)走Z從2018年0.35億美 元、占比46% ,未來預期增長至2024年0.53億美 元、占比31%o!1!

21、（一）云南錯業(yè)：轉型新材料產業(yè)，著力磷化鋼單晶 國產化公司和國內科研院所合作，重點攻克第二代化合物半 導體單晶材料的研發(fā)和生產。公司控股子公司云南鑫耀 和中國科學院半導體所設立了院士專家工作站，致力于攻 克單晶片 生產中的關鍵技術難題，已經獲得一系列關鍵 工藝技術。目前公司已經具備生產半絕緣型6寸碑化殊 單晶襯底,具備碑化殊單晶產能80萬片/年（折合4 寸）。2019年公司碑化稼單晶銷量同比增長10.6% , 其中用于射頻器件的產品占比增加,毛利率大幅上升至 59.7%o建設磷化鋼單晶項目,促進公司向新材料產業(yè)轉型。 公司2019年底發(fā)布公告，擬投 資3.24億元在云南國家錯材料基地建設一條磷

22、化鋼（InP）單晶生產線。項目 基于原有5萬片/年2英寸磷化鋼單晶及晶片產業(yè)化建 設項目實施,建成后公司將具備年產15萬片4英寸 磷化鋼單晶片的能力，預計可實現(xiàn)年營業(yè)收入3.2億元， 貢獻年平均利潤總額1.2億元。上游錯資源優(yōu)勢明顯，公司逐漸向錯深加工業(yè)努轉 型。錯資源優(yōu)勢明顯,具有先天的資源成本優(yōu)勢。截至 目前Z公司是國內錯資源儲量最大的企業(yè)，旗下?lián)碛凶杂?錯礦和含錯 褐煤礦在內的6個錯礦山，累計錯金屬儲量 897噸Z占云南省錯資源儲量的80%、中國28%、全球ll%o公司早期業(yè)務主要以生產初級錯錠為主，隨著 公司逐漸開始向光纖、紅夕卜、光伏等高精尖領域投放產 品Z看好公司未來盈利能力持續(xù)提

23、升。（二）中際旭創(chuàng)：5G/IDC雙驅動高端光模塊龍頭持續(xù)領先 旭創(chuàng)2008年成立Z聚焦高端光模塊十余年Z專注后端 封裝以銷走產。2017年8月通過中際裝備并購登陸A 股，合并后技術背景深厚的旭創(chuàng)高管團隊仍主管經營并 擁有股權，公司發(fā)展戰(zhàn)略和技術路線穩(wěn)走性得到保障。高端光模塊龍頭聚焦頭部客戶行業(yè)地位穩(wěn)蘇州數(shù)通光模塊出貨量全球領先，5G產品全面布局已有突 破。2018Q4/2019Q1受北美客戶數(shù)據中心建設放緩影響,業(yè)務出現(xiàn)階段回調，2019Q2以來業(yè)績增速持續(xù)改 善。2019年公司營收/歸母凈利潤47.58/5.13億元, 同比-7.73%-17.59% ; 202OQI營收/歸母凈利 潤 13.26/1.54 億元 Z 同比 + 51.44%+54.43% Z 疫情影響下略超預期。云廠商CAPEX中長期趨勢向上,短期曖拉動公司業(yè)績上行。未來五年IDC高速發(fā)展疊加架構升級Z 行業(yè)長期增量空間巨大；2019Q2開始海外云廠商CAPEX回暖，主流IoOG需求旺盛z2020年400G有望放量。公司聚焦GOOgle/Amazon等頭部客戶，核心 供應商地位穩(wěn)固