磷化铟正在成为AI新瓶颈

磷化铟正在成为AI新瓶颈 国投证券化工&新材料王华炳团队 王华炳：S1450525110002分析师王友舜：S1450125110015联系人 2026年8月27日 证券研究报告 目录 1.磷化铟——高速光互连难以替代的核心材料2.铟——多国列管关键矿产，磷化铟的核心上游3.高纯红磷——壁垒极高的磷化铟原料，国产替代极其紧迫4.磷化铟衬底与外延晶圆——日美寡头供给刚性凸显，国产厂商导入窗口期5.投资建议6.风险提示 核心结论 引言：AI算力集群的放量增长正驱动光模块向800G/1.6T及更高速率迭代，磷化铟战略地位已从“普通光通信衬底”跃升为“AI基础设施的核心瓶颈”。当前全球磷化铟需求与实际产能之间存在鸿沟，叠加上游铟资源伴生属性与出口管制、高纯红磷极度依赖海外，以及中游衬底极端寡头垄断、下游EML芯片严重短缺等多重约束，材料+衬底/外延已成为决定AI光互联能否放量的关键变量，战略权重空前。 磷化铟在光通信中作用无可替代，下游放量与原料制约形成错配。磷化铟衬底是可生长晶格匹配、低缺陷有源层的基底，精准输出1310nm/1550nm两个低损耗波长，适配500米级到10公里以上的长距离数据中心互联场景，而砷化镓存在距离不够+单通道速率到顶的问题，故随着大规模AI集群快速发展，磷化铟的作用愈来愈难以替代。据英伟达预测，2026-2030年全球磷化铟晶圆整体需求将激增20倍左右，而当前磷化铟衬底的供给弹性或仍严重受制于原材料的有效释放节奏，形成显著错配。我国原生+再生铟产量均充分,高纯铟环节正加速国产替代。铟通常以伴生形式存在，绝大部分原生铟是锌矿冶炼过程中的副产品，故供应 弹性极低。我国凭借自然储量丰富以及显示面板的产业积淀和较高的ITO靶材消耗，于原生和再生铟层面均形成供应优势。尽管我国不缺铟资源，但铟产品尚集中在中低端，7N级高纯铟仍需要通过国外再加工反向输入，进口依赖度达68%。如今我国锡业股份、豫光金铅、株冶集团、锌业股份等企业正在上游铟资源把控、或稳定成熟的6N、7N级高纯铟生产技术层面加速赶超，国产替代确定性较高。 高纯红磷为磷化铟衬底命脉，国产替代紧迫性显著更高。伴随AI算力瓶颈收束至上游原材料，7N级高纯红磷已不可或缺。目前，全球高纯红磷被日本长濑化学、日本RASA工业两家公司垄断，短期内我国无法解决技术壁垒、设备壁垒、危化审批、客户认证等问题，伴随日企收紧高纯红磷供应，当前供需矛盾已极度突出，亟待国产化突破。我国以威顿晶磷、兴发集团、拓材科技、先导科技等为代表的企业正在加速实现国产化，6N已形成量产，7N产能建设/小试亦在稳健运行，后续有望逐步形成商用落地替代，补齐关键基础材料短板。衬底是真正的“卡脖子”之王，外延晶圆正加速大尺寸升级。①衬底环节，由于InP单晶生长工艺复杂、扩产周期漫长、投资巨大，以及 关键原材料供应受限，供给侧扩张缓慢，是当前供需最紧张的环节。当前日本住友电工、美国AXT、日本JX金属合计占全球90%+InP衬底产能；国内以云南锗业（鑫耀）、先导微电子等企业为第一梯队，正快速扩产与技术升级。目前2-4英寸的中低端场景已实现国产替代；6英寸高端场景则正在经历海外资本投入放大，国内亦在加速验证。②外延环节，技术+资本铸就高企壁垒，外延市场被IQE、住友电工、AXT等主要竞争者高度垄断。同时6英寸及以上大尺寸晶圆对降本意义非凡，海外亦在通过成熟的大尺寸衬底优势加速卡位升级机遇。 建议关注：①铟：锡业股份、豫光金铅、株冶集团、锌业股份等；②高纯红磷：兴发集团、兴福电子等；③衬底：光智科技、云南锗业、 兴业科技等。风险提示：下游资本开支波动与需求预期下修风险；技术路线迭代风险；上游材料供给与成本波动风险；工艺良率爬坡与国产导入不及预 期风险；地缘政治与出口管制风险等。 一、磷化铟——高速光互连难以替代的核心材料 1.磷化铟：高速光互连难以替代的核心材料 磷化铟光电性能优异，是目前光模块芯片的主流衬底材料。磷化铟（InP）是典型的III-V族化合物半导体，300K温度下具备约1.3 4 4eV的 宽 禁 带 宽 度 与 极 低 的 本 征 载 流 子 浓 度（约1.3×107cm-3）。同时其电子迁移率最高可达5400cm2/V⋅s，击穿场强约为5×105V/cm。这些优异指标赋予了磷化铟高载流子输运能力与极强的电场耐受能力，使其成为高速光电转换、激光发射、信号探测及高频电子器件制造的理想材料。 当前光通信产业链中的主要衬底材料包括磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）以及硅基体系。三大技术路线中，磷化铟适配长距 离 高 速 单 模 传 输，砷 化 镓深 耕 短 距 多 模 场 景，硅 光 子（Silicon Photonics,SiPh）则凭借CMOS工艺实现大规模器件集成。除此之外，行业亦正在探索薄膜铌酸锂（TFLN）、钛酸钡（BTO）以及电光聚合物（EO Polymer）等新型电光材料。 GaAs的天花板在哪？砷化镓的电子迁移率是硅的5-6倍，能做850nm VCSELs激光器。但850nm在光纤里衰耗大、色散严重，有效距离在50米以内，因此主要服务于数据中心内部机柜间的连接。 InP为什么不可替代？磷化铟衬底是可生长晶格匹配、低缺陷有源层的基底，精准输出1310nm/1550nm两个低损耗“黄金波长”，适配500米级到10公里以上的长距离数据中心互联场景。EMLs、DFB、高速光电探测器等均为磷化铟的主场。 1.磷化铟：高速光互连难以替代的核心材料 AI正在改变一切：过去，数据中心内部通信长期由成本低、易部署的850nm GaAs VCSEL+多模光纤方案主导。但如今大模型参数规模突破万亿级别，训练集群不再局限于单一建筑内的几十个机柜，横向扩展到数千张GPU分布在多个物理机柜甚至多个建筑之间。GPU间的互联距离从几米拉长到几百米，带宽需求则从100G/400G跃升至800G→1.6T→3.2T。因此砷化镓暴露了距离不够+单通道速率到顶的问题。行业正集体从GaAs VCSEL切向InPEML/DFB。 1.磷化铟：高速光互连难以替代的核心材料 需求快变量VS原料慢变量，磷化铟战略价值跃升。随着大规模AI集群快速发展，数据中心如带宽、速率等传输需求指标正在发生根本性变化。磷化铟具备高电子迁移速率及优异的光学性能，使之成为研制超高速、超高频器件的理想基材，目前磷化铟仍然是唯一经过商业验证的高性能电吸收调制激光器（EML）芯片衬底。英伟达此前预测，2026-2030年全球磷化铟晶圆整体需求将激增20倍左右，并已要求供应商在5年内将产能扩充至相应规模。但与之对应的是，据Omdia、Yole等机构数据，2026年全球磷化铟衬底需求飙升至260-300万片，有效产能仅提升至75万片左右，缺口仍在70%以上，当前磷化铟衬底的供给弹性或仍严重受制于原材料的有效释放节奏，高纯红磷环节尤为突出。 资料来源：化育新材、USGS、SMM小金属、浙大上虞半导体材料研究中心、新财富、各公司公告等，国投证券证券研究所 1.磷化铟：高速光互连难以替代的核心材料 参考光模块架构的四代演进路径，磷化铟始终占据光源C位 ➢第一代（现行主力）：EML（电吸收调制激光器）。将DFB激光器与调制器集成于单颗磷化铟芯片，是800GDR8光模块和1.6T光模块的主流方案。此路径核心痛点在于能耗高、热量、和供电成本。此外，NVIDIA等巨头已提前锁定产能，非核心客户交付周期已排至2027年后，据PhotonCap预计，2027年800G收发模块的供需缺口将达40%-60%。 ➢第二代（高速渗透）：CW+SiPho（连续波激光器+硅光）。CW作为外部光源，调制及其他光学功能交由SiPho芯片完成。此路径的关键优势是通过CMOS工艺实现成本降低和大量生产。CW芯片结构比EML更简单，成本仅为EML的一半，但其InP基底依然严重依赖住友、AXT等 少 数 供 应 商。综 合 来 看，EML短 缺 加 速 了 向CW+SiPho路线的转型，同时由于其需求的CW光源更多，甚至可能让磷化铟在光源侧的需求不减反增。 1.磷化铟：高速光互连难以替代的核心材料 参考光模块架构的四代演进路径，磷化铟始终占据光源C位 ➢第三代（2026-2028年）：CPO+ELS（共封装光学+外置光源）。此路线将硅光引擎与交换芯片共封，激光器外置以便散热和更换。同时ELS需要400mW级高功率（约标准CW的4倍），因此对于磷化铟芯片性能的要求或更高。 ➢第四代（2030年后）：Monolithic III-V on Si（直接在硅片上生长III-V材料），此路线与第二代/第三代采用的“外置激光+SiPho芯片”方式不同，激光器集成在SiPho芯片内部，但晶格失配与缺陷密度等技术难题短期内无解。 二、铟——多国列管关键矿产，磷化铟的核心上游 2.铟：多国列管关键矿产，磷化铟的核心上游 铟的供给受伴生属性限制，是多国列管的关键战略矿产。铟（In）是一种白色略带淡蓝色金属，是8种稀散元素（其他包括镓、锗、硒、镉、碲、铼、铊）之一，自然界中铟以伴生金属形式分散在其他元素的矿物中，如闪锌矿、方铅矿等。因此与大多数金属不同，当前95%以上的铟是锌矿冶炼过程中的副产品，这意味着铟的供应量无法单独调节，而是依赖于锌矿的开采和冶炼。这种伴生特性导致铟的供应弹性极低，难以快速响应市场需求变化。与此同时，铟的分离提取难度极大，传统工艺回收率低、成本高，共同制约了铟资源的供应。应用层面，由于铟质地较软，同时具有极好的延展性、可塑性、熔点低、沸点高、电阻低、抗腐蚀性等。铟已被中国、欧盟、美国和日本先后列为关键矿产，是电子产品、太阳能电池、国防军事、航空航天、核工业和现代信息产业等高科技领域不可或缺的稀有资源。 资料来源：粉体网、安泰科《2025年铟市场发展报告》、株洲科能招股说明书，国投证券证券研究所 2.铟：多国列管关键矿产，磷化铟的核心上游 铟是高技术领域不可替代的核心原料。 ➢ITO靶材：铟氧化物有极强导电性、热反射性和高透明度，再结合10%的锡氧化物，可以极大提高电传导和热反射性能，使得ITO薄膜成为电子屏幕中实现电数据转换为光数据的理想材料，同时也应用于建筑玻璃、交通工具挡风玻璃中。 ➢光伏薄膜：铜、铟、镓、硒四种元素按照最佳比例可构成结晶薄膜太阳能电池，具有性能稳定不衰退、抗辐射能力强,光电转换效率优异等优点。 ➢半导体材料：锑化铟、砷化铟、磷化铟等材料广泛应用于光纤通信、发光二极管、光电探测器等领域。其中，磷化铟具有比砷化镓更高的电性能频率，因此在光纤通信领域中表现出更强大的功能。 ➢焊料及合金：铟与铋、镉、铅、锡等金属合金化之后会降低它们各自的熔点，因而这些合金可应用到众多领域中，此外，铟的合金还可以作为焊料，这种无铅焊料不仅具有更好的抗磨性和抗腐蚀性，还可以减少环境污染。 2.铟：多国列管关键矿产，磷化铟的核心上游 铟自然储量极其有限，供给集中度极高。据中国地质调查局《全球矿产资源储量评估报告2024》，截至2022年底，全球可识别铟资源量为43689吨，中国以17538吨占全球40.14%，俄罗斯（18.59%）、玻利维亚（12.49%）、秘鲁（11.24%）和加拿大（9.04%）为主要资源国，资源分布高度集中。同期全球铟矿经济可采储量为4041吨，中国以1793吨占全球44.37%，葡萄牙（19.38%）、澳大利亚（12.39%）、玻利维亚（8.47%）和加拿大（7.28%）紧随其后，前五大国家合计占比超90%，供给集中度极高，我国具备较为显著的上游资源优势，截至2025年，中国精铟全球产量占比已超70%。 再生铟回收重要性凸显,中日韩三国凭借产业占优。再生铟主要通过回收ITO靶材余料、生产工艺尾料和含铟电子产品等加工而成，其供给弹性较原生铟略高，但提纯至半导体级难度大、成本高。据全球环保研究网，液晶显示面板产生的废靶材回收量占比超68%，在