蘋果新品發(fā)布后,，雖然再次被外界詬病缺乏創(chuàng)新,，但“浴霸”三攝,，還是讓不少消費者“真香”,，而前兩年推出的Face ID則被稱為蘋果最后的創(chuàng)新,，帶起了手機廠商的學(xué)習(xí)效仿風(fēng),。也正是因為Face ID,，蘋果拉了一把上游的VCSEL產(chǎn)業(yè)鏈,，化合物半導(dǎo)體以一種全新的方式“席卷”消費端市場。

同時,，隨著5G商業(yè)化的快速推進,，作為5G關(guān)鍵電子元器件的一部分，化合物半導(dǎo)體也再次站到了風(fēng)口浪尖,，引發(fā)了新一輪產(chǎn)業(yè)洗牌和變革,。

材料千千萬，化合物半導(dǎo)體的春天來了

硅谷之所以以硅為名,，因為硅是一種重要的半導(dǎo)體材料,，當(dāng)硅材料取代笨重的電子管,，英特爾、蘋果,、高通,、臺積電、三星順勢而起,，集成電路的突破成就了這些科技巨頭,。

當(dāng)前，全球95％以上的半導(dǎo)體芯片和器件是用硅片作為基礎(chǔ)功能材料而生產(chǎn)出來的,。不過,，在電子半導(dǎo)體的另一面，以砷化鎵（GaAs）,、氮化鎵（GaN）,、碳化硅（SiC）等為代表的化合物半導(dǎo)體，正在快速崛起,。

光纖通信,、手機的無線通信系統(tǒng)、用于三維識別的VSECL泛光源,、自動駕駛的毫米波雷達,、5G基站的射頻模塊……新應(yīng)用場景的涌現(xiàn)，是化合物半導(dǎo)體大規(guī)模應(yīng)用的催化劑,。

化合物半導(dǎo)體的概念很簡單,，就是一類由化合物構(gòu)成的半導(dǎo)體材料，通常由兩種以上的元素構(gòu)成,，所以它的組合方式很多,，帶來的想象空間也更大。

當(dāng)前,，業(yè)內(nèi)將硅基半導(dǎo)體稱為第一代半導(dǎo)體材料,，化合物半導(dǎo)體則囊括了第二代和第三代材料，第二代主要以砷化鎵（GaAs）為代表,，第三代半導(dǎo)體材料則囊括了碳化硅（SiC）,、氮化鎵（GaN）、金剛石等,，因其禁帶寬度（帶隙）大于或等于2．3電子伏特,，又被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。

圖源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

相較于硅基半導(dǎo)體,，化合物半導(dǎo)體最顯著的特性是電子遷移率高,，所以適用于高頻、大功率傳輸,，適合射頻器件,、光電器件、功率器件的制造,；硅半導(dǎo)體則多用于邏輯器件,、存儲器等。從這個角度看,，化合物半導(dǎo)體是硅器件的延伸,，不是替代，兩者構(gòu)成了現(xiàn)在的電子化,、智能化時代,。

舉個例子，5G頻率高,，傳輸距離短,，對功率要求高，相應(yīng)的對基站與終端的應(yīng)用場景提出了全新挑戰(zhàn),，通訊組件與電子器件必須適應(yīng)更高頻,、高溫、高功率的環(huán)境,，氮化鎵體積小功率大的特性,，就是目前最適合5G基站PA（射頻功率放大器）的材料。而前幾代通訊技術(shù)的射頻模塊材料則被砷化鎵包下,，砷化鎵也是目前智能手機設(shè)PA的主要半導(dǎo)體材料,。可想而知,，化合物半導(dǎo)體材料的發(fā)展前景非常廣闊,。

但和成熟的硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不同的是，化合物半導(dǎo)體由于材料的特殊性和生產(chǎn)制備的復(fù)雜性,，其產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)遠沒有硅基半導(dǎo)體成熟,。

當(dāng)消費電子產(chǎn)品以數(shù)億量級鋪開，產(chǎn)業(yè)鏈上下游早已經(jīng)做好了準(zhǔn)備,，但當(dāng)化合物半導(dǎo)體的應(yīng)用量級在快速飆升時,，產(chǎn)業(yè)鏈的步伐卻沒能及時跟上。

量級不一樣,，生產(chǎn)制備工藝的挑戰(zhàn)變高,，業(yè)內(nèi)人士曾舉過例子，“集成電路設(shè)計圖給到臺積電,，后續(xù)的生產(chǎn)工藝完全不用擔(dān)心,。但化合物半導(dǎo)體代工廠完全不一樣，工程師還需要去FAB代工廠討論工藝怎么做,?！?/p>

產(chǎn)業(yè)分工逐漸明朗,，關(guān)鍵技術(shù)在國外巨頭手中

在理清化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀前，首先得明確兩個概念：襯底和外延,。

襯底是半導(dǎo)體單晶材料制成的晶圓片,，它既可以直接進入晶圓制造環(huán)節(jié)生產(chǎn)半導(dǎo)體器件，也可以通過外延工藝加工生產(chǎn)成外延片,。

外延指在單晶襯底上生長一層新單晶的過程,，新單晶可以與襯底為同一材料，也可以是不同材料,。比如氮化鎵通常會在藍寶石,、SiC、Si等異質(zhì)襯底上進行外延,。

化合物半導(dǎo)體與硅半導(dǎo)體的制備工藝類似,，但是晶圓制造有所區(qū)別，硅半導(dǎo)體采用直拉法生長成一個圓柱型的單晶硅棒,，對單晶硅棒進行切割制成晶圓,；化合物半導(dǎo)體則是在 GaAs、InP,、GaP,、藍寶石、SiC 等化合物基板上形成薄膜（外延層）,，然后對這個外延層加工,，實現(xiàn)特定的器件功能。

當(dāng)前,，外延片生長主要依靠生長工藝和設(shè)備,，制造外延片的主流方法包括金屬有機物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）和分子束外延，前者屬于行業(yè)市場“最經(jīng)濟”的外延生長方法,，但設(shè)備制造難度依然很大,，只有少數(shù)公司可以進行商業(yè)化生產(chǎn)。

圖 ｜ MOCVD系統(tǒng)

所以化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈通?？梢苑譃椋涸O(shè)計,、外延、晶圓制造和封測等環(huán)節(jié),，其中外延又包括襯底,。

鎂客網(wǎng)將目前商業(yè)化較高的兩種化合物半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)鏈進行了系統(tǒng)化的梳理，從襯底,、外延工藝,、到晶圓設(shè)計、代工以及一攬子全包的IDM，化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相較硅半導(dǎo)體顯然低調(diào)很多,。

砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計與先進技術(shù)主要掌握在國際IDM大廠手中,，襯底市場則是日本、美國等廠商占據(jù)主導(dǎo)地位,。外延生產(chǎn)方面,，英國IQE的份額高達60％，其次是臺灣全新光電,，也屬于巨頭壟斷的局面,。晶圓代工依然是臺灣企業(yè)占大頭,，僅穩(wěn)懋一家,，在2016年的市場占比就高達66％，內(nèi)地化合物晶圓代工企業(yè)三安光電處于追趕過程中,。

氮化鎵產(chǎn)業(yè)面臨同樣的問題,，整個化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上，國內(nèi)企業(yè)的聲音還比較小,，以用于通信基站的氮化鎵器件為例,，基本上都是來自國外的Qorvo、Skyworks等公司,，美國廠商已經(jīng)基本壟斷大功率射頻器件,，可見這對國外企業(yè)依賴程度極高。

而且已經(jīng)掌握核心工藝的大公司還在通過不斷的并購擴大既有市場規(guī)模,，同時,，隨著化合物半導(dǎo)體和電子通信產(chǎn)業(yè)的聯(lián)系越來越緊密，硅半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)的巨頭們也在“跨界”,，收攏化合物半導(dǎo)體公司,。高通以35億美元的價格收購射頻濾波器廠商、華為全資控股的投資公司哈勃投資碳化硅企業(yè)山東天岳等等都是典型案例,。

另一方面,，和硅半導(dǎo)體的發(fā)展類似，化合物半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式正在由IDM轉(zhuǎn)為設(shè)計＋代工生產(chǎn),。兩年前,，博通選擇剝離砷化鎵制造業(yè)務(wù)，將其賣給代工廠穩(wěn)懋公司,，專注砷化鎵射頻器件的設(shè)計環(huán)節(jié),。再往前，avago也將自己在科羅拉多的工廠出售給穩(wěn)懋,。除此之外,，硅半導(dǎo)體代工巨頭也看了新的機會，比如在氮化鎵電子器件市場，臺積電也加入了代工隊伍,，瞄準(zhǔn)龐大的5G市場,。

潘多拉魔盒打開，國內(nèi)廠商追趕中

從化合物半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈來看,，國外巨頭壟斷了核心工藝生產(chǎn),，主要的IDM企業(yè)也以美國公司為主。比如傳統(tǒng)消費電子市場基本上已經(jīng)被博通,、Skyworks等公司壟斷,，大部分手機廠商的砷化鎵功率放大器都是他們的囊中之物。

不過,，蘋果Face ID帶起的VCSEL熱潮,，讓不少國內(nèi)初創(chuàng)公司看到了突圍的機會。

而在行業(yè)應(yīng)用市場,，5G通信基站和新能源汽車都是香餑餑,，當(dāng)前日本住友電工的氮化鎵功率放大器已在華為新建的基站上批量應(yīng)用，考慮到5G基站較之前幾代通信基站,，數(shù)量級會成倍提高,，根據(jù)賽迪顧問預(yù)測，5G宏基站總數(shù)量將會是4G宏基站1．1到1．5倍,，這部分市場勢必會帶動化合物半導(dǎo)體材料的新一輪爆發(fā),。

相較之下，國內(nèi)的化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)還處于中下游,，一方面國內(nèi)開展碳化硅,、氮化鎵材料和器件方面的研究工作晚于國外，其次就是國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的材料創(chuàng)新以及原始創(chuàng)新問題,，浮躁的市場環(huán)境難以忍受“只投入,，不產(chǎn)出”的現(xiàn)狀，讓化合物半導(dǎo)體為代表的新材料原始創(chuàng)新愈加艱難,。但從某種程度上來說,，化合物半導(dǎo)體也是我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵咽喉，作為通信器件的關(guān)鍵一環(huán),，一旦被人扼住命脈,，很多下游的終端應(yīng)用企業(yè)的發(fā)展都會受到桎梏。

新場景的出現(xiàn),，打開了化合物半導(dǎo)體的潘多拉魔盒,，也觸發(fā)了國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的另一面變革。

目前,，國內(nèi)已經(jīng)出臺相關(guān)政策促進化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，地區(qū)政府也在積極推動化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),，蘇州正在打造第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地，吸納了不少氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè),，包括英諾賽科,、華功半導(dǎo)體、能訊高能,、能華半導(dǎo)體等一批企業(yè),。

國家“大基金”也在出手，其投資了三安光電,，推動三安光電下屬三安集成電路公司圍繞砷化鎵和氮化鎵代工制造,，開展境內(nèi)外并購、新技術(shù)研發(fā),、新建生產(chǎn)線等業(yè)務(wù),。同時，國家開發(fā)銀行也以最優(yōu)惠利率向三安提供200億元貸款,。

在5G,、新能源產(chǎn)業(yè)的風(fēng)口下,， 新應(yīng)用的規(guī)?；瘧?yīng)用意味著化合物半導(dǎo)體將打開億級市場，誰能在產(chǎn)能規(guī)模和產(chǎn)品可靠穩(wěn)定性上做到完美,，可能就是下一個臺積電,、英特爾。

化合物半導(dǎo)體市場正在快速崛起,，新一輪的比拼開始了,。