半导体材料系列（二）：第二代半导体材料引领高速通信变革

产业研究中心 半导体材料系列（二）：二代半导体材料引领高速通信变革 摘要： 肖洁(分析师)021-38674660xiaojie3@gtht.com登记编号S0880513080002 磷化铟衬底材料主要用于光模块、传感器、高端射频等领域，未来随着AI和下一代通信技术的发展而前景较好。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。根据Yole预测，2026年全球磷化铟衬底市场规模为2.02亿美元，2019-2026年复合增长率为12.42%。量子计算、人工智能（AI）加速芯片和下一代通信技术的兴起，对高性能半导体材料提出了更高要求，而磷化铟凭借其独特的物理特性，成为支撑这些前沿技术的关键材料之一。磷化铟衬底的发展将围绕大尺寸化、成本优化、异质集成三大核心方向持续推进。 鲍雁辛(分析师)0755-23976830baoyanxin@gtht.com登记编号S0880513070005 砷化镓衬底材料主要用于LED、射频、激光器等领域，未来市场规模随着新一代显示、物联网等新兴行业的快速增长而逐步扩大。使用砷化镓衬底制造的半导体器件，具备高功率密度、低能耗、抗高温、高发光效率、抗辐射、高击穿电压等特性，因此砷化镓衬底被广泛用于生产LED、射频器件、激光器等器件产品。砷化镓是光电及手机网通高频通讯不可或缺的元件，未来在新一代显示（Mini LED、Micro LED）、物联网、无人驾驶、人工智能、可穿戴设备等新兴市场需求的带动下，砷化镓衬底市场规模将逐步扩大。根据Yole测算，2019年全球砷化镓衬底市场规模约为2亿美元，预计到2025年全球砷化镓衬底市场规模将达到3.48亿美元，2019-2025年复合增长率9.67%。砷化镓衬底市场的发展将呈现出技术升级推动国产替代、产业链协同创新加速、新兴应用领域持续拓展三大趋势。 大模型与数据为人形机器人打开脑洞——具身智能产业深度研究（四）2025.09.20显示行业深度：微显示技术的产业化进程与应用前景——先进制造系列研究（二）2025.09.12具身智能新形态，矿山无人车迈向规模化时代——具身智能产业深度研究（三）2025.09.04工业机器人深度：全球趋势、中国路径与未来战略——先进制造系列研究（一）2025.09.01人形机器人和智能汽车互促发展——具身智能产业深度研究（二）2025.08.18 全球二代半导体衬底材料市场高度集中，呈现出日德企业占主导、中国企业追赶的态势。由于下游市场需求有限以及成本较高，磷化铟与砷化镓衬底市场规模相对较小。主流商用磷化铟衬底直径已从2英寸逐步扩展至4英寸，部分领先企业正推进6英寸晶圆的研发；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、日本JX等。Yole数据显示，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%。主流商用砷化镓衬底直径已从3英寸扩展至6英寸，部分领先企业正推进8英寸晶圆的研发；从竞争格局来看，根 据Yole统计，2019年全球砷化镓衬底市场主要生产商包括Freiberger、Sumitomo和北京通美，其中Freiberger占比28%、Sumitomo占比21%、北京通美占比13%；目前国内涉及砷化镓衬底业务的公司较少，除北京通美外，广东先导等公司在生产LED的砷化镓衬底方面已具备一定规模。目前，主流商用砷化镓衬底直径已从3英寸扩展至6英寸，部分领先企业正推进8英寸晶圆的研发。 风险提示：技术迭代与市场替代风险，研发投入大且回报周期长，供应链脆弱与原材料依赖，成本高昂与规模经济不足，材料与工艺的固有局限性。 目录 1.半导体衬底材料简介...........................................................................................31.1.半导体衬底材料分类及性能对比................................................................31.2.不同半导体衬底材料的应用领域................................................................32.第二代半导体衬底材料的生产工艺路线...........................................................43.磷化铟衬底材料...................................................................................................53.1.磷化铟材料市场下游快速增长，市场格局高度集中................................53.2.磷化铟材料主要应用于光通信、传感器、射频器件等领域....................73.2.1.磷化铟材料在光模块器件中的应用.....................................................73.2.2.磷化铟材料在传感器件中的应用.........................................................93.2.3.磷化铟材料在射频器件中的应用.......................................................103.2.4.磷化铟在新兴领域中的应用...............................................................123.3.磷化铟衬底的未来发展趋势......................................................................124.砷化镓衬底材料.................................................................................................134.1.砷化镓材料市场小而美，德日中企业占主导地位..................................134.2.砷化镓材料主要应用于射频、LED、激光器等领域..............................144.2.1.砷化镓材料在射频器件中的应用.......................................................144.2.2.砷化镓材料在LED中的应用.............................................................154.2.3.砷化镓材料在激光器中的应用...........................................................174.2.4.砷化镓材料在新兴领域中的应用.......................................................194.3.砷化镓衬底未来发展趋势..........................................................................195.全球第二代半导体衬底材料龙头企业.............................................................205.1.日本住友电气工业株式会社（Sumitomo ,5802.T）................................205.2.德国费里伯格化合物材料公司（Freiberger）.........................................205.3. JX日矿日石金属株式会社（日本JX）....................................................205.4.北京通美......................................................................................................215.5.云南锗业（002428.SZ）............................................................................215.6.大庆溢泰半导体材料有限公司..................................................................215.7.广东先导先进材料股份有限公司..............................................................225.8.珠海鼎泰芯源晶体有限公司......................................................................226.风险提示............................................................................................................23 1.半导体衬底材料简介 1.1.半导体衬底材料分类及性能对比 常见的半导体衬底材料包括三大类：1）第一代半导体材料即单元素半导体材料，单一元素构成的半导体材料，主要包括硅（Si）、锗（Ge），其中硅基半导体材料是目前产量最大、成本最低、应用最广的半导体材料；2）第二代半导体材料即III-V族化合物半导体材料，主要包括砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），具有电子迁移率高、光电性能好等特点，是当前仅次于硅之外最成熟的半导体材料，在5G通信、数据中心、光纤通信、新一代显示、人工智能、无人驾驶、可穿戴设备、航天方面有广阔的应用前景；3）第三代半导体材料即宽禁带半导体，以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等为代表，具有高禁带宽度、耐高压和大功率等特点，在通信、新能源汽车等领域前景广阔，但目前成本较高。 以上的分类主要是产业界根据材料出现的时间先后进行区分，而不同代际半导体衬底材料无绝对的替代关系，而是在特定的应用场景中存在各自的优势。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，而硅、锗材料主要用于低功耗环境，发展主要依靠制程节点技术的提升，在光电子、射频、电力电子等领域，以硅基衬底材料为基础的先进制程难以保障集成电路的线性度及稳定性。 1.2.不同半导体衬底材料的应用领域 单元素半导体硅是当前应用场景最广的半导体材料，由于硅元素储量丰富、技术和产业配套成熟、成本相对较低，当前超过90%的芯片及器件均由硅材料制成，包括最常见的CPU、GPU、其他逻辑及存储芯片等。硅基芯片受摩尔定律的影响， 不断向更加先进的制程发展，表现为更小的工艺节点，如14nm、7nm、3nm等，以及更加复杂的结构，如128层、192层3D NAND等。在硅基芯片性能可以满足的通用场景中，其他材料一般难以实现对硅材料的替代。 然而，在硅基半导体性能难以满足的特殊场景，如高频、发光、高功率、高电压等应用场景，需要使用III-V族化合物半导体材料、宽禁带半导体材料等