化合物半导体产业链分析报告-0428(1)

化合物半导体产业链分析 报告人 袁清升 丁酉年作 一 化合物半导体概述二 化合物半导体产业链分析三 我国化合物半导体发展机遇与挑战四 化合物半导体投资策略与建议 概要 一 化合物半导体概述定义与分类优势及应用领域产业链发展及特点二 化合物半导体产业链分析三 我国化合物半导体发展机遇与挑战四 化合物半导体投资策略与建议 概要 化合物半导体是区别于硅和锗等单质的一类半导体主要包括砷化镓 磷化铟 氮化镓 碳化硅 氧化锌 钙钛矿 氧化镓等化学元素组成为化合物的材料 化合物半导体器件是用以上材料替代硅材料制成的半导体器件 砷化镓 磷化铟 氮化镓 碳化硅是四种已经得到产业化应用的化合物半导体 与化合物半导体相关的定义 分类 通常所说的化合物半导体多指晶态无机化合物半导体 主要是二元化合物如 砷化镓 磷化铟等 按化学结构分类 晶态无机化合物 如 III V族半导体 氧化物半导体 如用于制造气敏器件的氧化锌ZnO等 IV IV族半导体按照发展历程分类 第一代半导体是Si Ge等单质半导体材料 第二代半导体以GaAs和InP等材料为代表 第三代半导体材料以GaN和SiC等材料为代表 优势介绍 化合物半导体相对于硅 具有直接禁带结构 且禁带宽度更大 电子饱和漂移速度更高等特点 性能优异光电性能优异 高速 高频 大功率耐高温和高辐射等特征 具有先天优势 可应用于光电及微波器件电力电子器件 产业链介绍 半导体主要由四个组成部分组成 通常将半导体和集成电路等价 集成电路 约占81 光电器件 约占10 分立器件 约占6 传感器 约占3 集成电路按产品种类又主要分为四大类 微处理器 存储器 逻辑器件 模拟器件 半导体产业链 单晶衬底 材料制造 外延生长 设计 芯片加工 封装测试 第二代及第三代半导体产业链展示 1 砷化镓 GaAs单晶棒 GaAs衬底片 外延 集成电路设计 器件制造 封装测试GaAs产业链出现了一定程度的分工 但是IDM模式依旧是主流 全球占比前五的企业中 除了专业的代工台湾稳懋 其余均是集设计 芯片制造和封装测试为一体的IDM企业 2 磷化铟 InP与GaAs产业链非常相似 境外企业重合较大 境内企业数量较少 只在衬底环节有少量公司 3 氮化镓 GaN单晶衬底 GaN外延生长 设计 GaN器件制造 封装测试 GaN器件具有明确的产业链分工 GaN电力电子器件和微波射频器件除了GaN衬底环节外 其他环节以IDM企业为主 4 碳化硅 SiC电力电子器件多为IDM企业 产业分工不显著 少有专门的设计公司 光电器件 应用领域及产业特点 1 发展模式逐渐由IDM模式转化为代工生产2 化合物半导体制造不追求最先进的制程工艺3 各国政府高度重视 发布计划推动发展4 国际龙头企业加紧布局 兼并重组日益加剧 产业特点 一 化合物半导体概述二 化合物半导体产业链分析衬底材料材料外延器件制造三 我国化合物半导体发展机遇与挑战四 化合物半导体投资策略与建议 概要 衬底材料概述 化合物半导体单晶衬底材料 主要有GaAs InP GaN SiC等 GaAs和InP的制造方法均相同 均使用VGF或LEC等熔融液态凝固结晶 GaN主要使用氢化物气相外延法薄膜外延法 SiC单晶衬底主要使用基于籽料晶的PVT法 国内开始批量生产4英寸SiC导电衬底并开发出6英寸样品 但国产SiC衬底仍存在相对较高的位错缺陷密度 国内已开发出射频器件用2英寸SiC高阻衬底材料 目前能够批量供应2英寸GaN衬底 已开发出4英寸GaN衬底样品 InP单晶衬底制造技术与GaAs几乎一致 GaAS InP 液封提拉法垂直梯度冷凝法垂直布里奇法 5G 改进的LEC和VGF法将成为未来InP单晶生长的主流技术 衬底材料的主流制造技术及发展趋势 在产品质量和不断降低成本的要求下 不断改进的LEC和VGF法将是主流方向 衬底材料市场分析 1 1 GaAs衬底 1 主要产品GaAs衬底主要为半绝缘GaAS和半导体GaAS 2 市场规模半绝缘砷化镓1 4亿美元 半导体砷化镓3 7亿美元 3 产品价格半绝缘砷化镓6英寸110 150美元 片 半导体砷化镓4英寸20 30美元 片 2 InP衬底 1 主要产品InP衬底主要分为半绝缘InP和半导体InP 2 市场规模半绝缘InP5000万美元 半导体InP3000万美元 3 产品价格半绝缘InP2英寸200 300美元 片 半导体InP2英寸150 200美元 片 衬底材料市场分析 2 3 GaN衬底 1 主要产品GaN衬底主要分为单晶衬底和厚膜衬底 2 市场规模GaN衬底全球2 3亿美元 国内2500万元 3 产品价格半绝缘GaN2英寸3000美元 片 4 SiC衬底 1 主要产品SiC衬底主要分为半绝缘型和半导电型 2 市场规模国际1 6亿美元 国内6亿元 3 产品价格n型SiC6衬底6英寸7000元 片 半绝缘型衬底6英寸20000元 片 材料外延技术发展 外延是指以衬底晶格向外延伸的形式生长新晶体的过程 是一种薄膜生长工艺 主要采用金属有机化学气相沉积或分子束外延方法1 GaAs异质结双载流子赝高迁移率晶体管的外延结构是GaAs外延片的发展趋势 2 GaNGaN on SiC外延片主要用于制造微波射频器件3 SiCSiC的无偏移或小偏移外延是发展的重要方向 国内已成功批量生产6英寸N型SiC外延片 6寸P型SiC外延材料实现批量生产 GaN外延材料方面 已实现商业化的6英寸Si基GaN外延材料和器件 GaN外延层厚度超过5 m 耐压600V 材料外延市场分析 1 GaAs外延片 1 市场规模 预计1 8亿美元 2 产品价格 半绝缘砷化镓外延片6英寸150 200美元 片 3 SiC外延片 1 市场规模 预计1亿美元 2 产品价格 SiC外延片6英寸8000元 片 2 GaN外延片 1 市场规模 预计1亿美元 2 产品价格 GaN on SiC外延片4英寸3000美元 片 器件制造技术发展 1 GaAs器件 微波器件主流制造工艺包括HBT工艺 pHEMT工艺或者两者的结合 2 GaN器件 GaN器件工艺分为HEMT HBT射频工艺和SBD PowerFET电力电子工艺两大类 3 SiC器件 SiC电力电子器件制造技术包括二极管工艺和晶体管工艺 与Si电力电子器件的功能和结构类似 已形成了系列化GaN微波功率器件和单片微波集成电路 MMIC 产品 开发了5G通信用GaN功率MMIC 已经在实验室实现了耐压超过900V的Si上GaN电力电子器件 性能与国际先进水平有一定差距 暂未实现产业化 器件制造市场分析 1 GaAs器件光电领域 照明 显示和通信 微电子领域 射频器件 光纤通信和驱动器件 2 GaN器件射频器件 PA LNA 开关器 MMIC 面向通信基站 卫星 雷达等市场 电力电子器件 SBD 常关型FET 常开型FET 面向无线充电 电源开关 逆变器 换流器 3 SiC器件SiC器件以电力电子器件为主 市场上主要产品有SBD和MOSFET 市场规模 2020年会达到130亿美元 市场规模 超过100亿元人民币 市场规模 超过150亿美元 小结 以SiC为例谈产业链 一 化合物半导体概述二 化合物半导体产业链分析三 我国化合物半导体发展机遇与挑战四 化合物半导体投资策略与建议 概要 机遇 一 超越摩尔定律 为产业发展带来新机遇二 国内市场巨大产品国产化需求强烈三 国家政策密集发布为产业发展提供保障四 前期LED产业的发展使得产业配套较为完善五 代工生产线建设为产业发展提供制造业支撑 挑战 国际社会对中国的技术禁运 企业非常弱小抗风险能力较弱 市场需求可能不及预期 设计企业非常弱小 难以填充代工生产线的产能 一 化合物半