先導(dǎo)科技集團(tuán)周?chē)?guó)芳：化合物半導(dǎo)體是芯片的獨(dú)門(mén)秘籍

|化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯

6月17日-18日，芯謀研究承辦以“南沙芯聲 聚勢(shì)未來(lái)”為主題的2023中國(guó)·南沙國(guó)際集成電路產(chǎn)業(yè)論壇在廣州南沙盛大召開(kāi)。秉承高端、全產(chǎn)業(yè)鏈、國(guó)際化的特色，本次峰會(huì)吸引了來(lái)自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的500多位嘉賓齊聚一堂，共襄盛會(huì)。

廣東省委常委、副省長(zhǎng)王曦，廣東省政府副秘書(shū)長(zhǎng)許典輝，廣州市委常委、南沙區(qū)委書(shū)記盧一先，廣州市委常委、常務(wù)副市長(zhǎng)陳勇等政府領(lǐng)導(dǎo)；中國(guó)科學(xué)院院士許寧生，國(guó)家重大專項(xiàng)02專項(xiàng)總師、中國(guó)集成電路創(chuàng)新聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)葉甜春，清華大學(xué)教授魏少軍，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院院長(zhǎng)張衛(wèi)等學(xué)術(shù)專家；恩智浦半導(dǎo)體大中華區(qū)主席李廷偉，高通公司中國(guó)區(qū)董事長(zhǎng)孟樸，華潤(rùn)微電子總裁李虹，博世（中國(guó)）投資有限公司執(zhí)行副總裁徐大全，東電電子中國(guó)區(qū)總裁陳捷，西門(mén)子EDA 全球資深副總裁、亞太區(qū)總裁彭啟煌，泛林集團(tuán)副總裁兼中國(guó)區(qū)總裁汪挺等國(guó)際企業(yè)代表；中芯國(guó)際董事長(zhǎng)高永崗，廣發(fā)證券黨委書(shū)記葛長(zhǎng)偉，華為科學(xué)家咨詢委員會(huì)主任徐文偉，浙江吉利控股集團(tuán)CEO李東輝，華潤(rùn)微電子總裁李虹，芯原股份創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼總裁戴偉民，國(guó)家智能傳感器創(chuàng)新中心董事長(zhǎng)楊瀟，廣東省集成電路行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)陳衛(wèi)等國(guó)內(nèi)企業(yè)代表出席了本次活動(dòng)。

先導(dǎo)科技集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理周?chē)?guó)芳在會(huì)上以《化合物半導(dǎo)體技術(shù)與應(yīng)用》為主題發(fā)表演講。 迄今為止，90%以上的芯片都是以硅鍺等元素為基礎(chǔ)，包括存儲(chǔ)、CPU、GPU。雖然硅基芯片就像“天下武功，唯快不破”一樣，屹立不倒，但其物理性質(zhì)限制了它在光電、射頻、功率器件上的應(yīng)用，而這便是化合物半導(dǎo)體擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。 雖然化合物半導(dǎo)體一年幾百億美元的市場(chǎng)規(guī)模遠(yuǎn)不及一年4560億美元的硅基芯片，但它更像是武功秘籍中的“獨(dú)孤九劍”，可以解決硅基芯片解決不了的問(wèn)題。 化合物半導(dǎo)體中，第二代半導(dǎo)體（砷化鎵GaAs、磷化銦InP）主要應(yīng)用于激光、光電、照明顯示和第三代半導(dǎo)體（碳化硅SiC、氮化鎵GaN）則主要應(yīng)用在射頻和功率芯片。 以GaAs材料為例，從材料開(kāi)始分為六個(gè)階段，分別是GaAs襯底、外延、芯片、器件、模組、系統(tǒng)，每一階段都有相應(yīng)的玩家，頂尖玩家大多擁有垂直整合能力。 InP亦如此，從材料到襯底再到系統(tǒng)，住友是最具垂直整合能力的企業(yè)，是InP領(lǐng)域頂尖的存在，尤其在高速率光通信領(lǐng)域，可以說(shuō)“卡住了中國(guó)人的脖子”。 化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，現(xiàn)階段有四個(gè)市場(chǎng)值得關(guān)注：

一是光通信模塊市場(chǎng)。隨著生成式AI爆火，產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，這不僅需要更高的算力，還需要光通信模塊傳輸數(shù)據(jù)，而光通信模塊中就使用了光芯片，相關(guān)公司也因此獲利，二級(jí)市場(chǎng)多數(shù)公司股價(jià)水漲船高，資本對(duì)其期待也逐漸拉高；

二是LED市場(chǎng)，普遍集中在照明領(lǐng)域，是GaAs的主場(chǎng)。近兩年各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)明顯復(fù)蘇，全球LED市場(chǎng)達(dá)到了176億美金，預(yù)計(jì)2026年全球LED市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)300億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率近15%。雖然2023年上半年整體市場(chǎng)表現(xiàn)并不盡人意，但我國(guó)下半年有望推出相應(yīng)經(jīng)濟(jì)刺激制度推動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)。預(yù)估2023年全球LED市場(chǎng)規(guī)模繼續(xù)保持增長(zhǎng)，但增速可能不及2022年；

三是射頻器件市場(chǎng)。與射頻器件相關(guān)的芯片多數(shù)由鎵砷基襯底制造而來(lái)，射頻芯片是無(wú)線通信的核心部件，是天線和基帶之間的組件，包括功率、放大器、射頻開(kāi)關(guān)、射頻濾波器、低噪音放大器等。Yole數(shù)據(jù)顯示，2020年~2026年全球光通訊市場(chǎng)規(guī)模將從96億美元增長(zhǎng)至209億美元，年復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)14%，主要由大型云服務(wù)運(yùn)營(yíng)商、電信運(yùn)營(yíng)商大量采用100G以上高速光模塊所驅(qū)動(dòng)。

四是功率器件市場(chǎng)。近幾年最為熱門(mén)的就是GaN快充頭，Yole報(bào)告顯示，功率器件是實(shí)現(xiàn)全球碳達(dá)峰和碳中和的重要部分，2020年~2026年，全球功率和半導(dǎo)體器件市場(chǎng)將從175億美元增長(zhǎng)至262億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)6.9%。

VCSEL：從數(shù)據(jù)中心到千行百業(yè)過(guò)去，VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）多用于數(shù)據(jù)中心光模塊，而光模塊最終用戶是百度、阿里、騰訊、快手、字節(jié)等互聯(lián)網(wǎng)公司。近幾年，VCSEL芯片先是在2015年被引入蘋(píng)果手機(jī)內(nèi)，后是逐漸應(yīng)用到汽車(chē)領(lǐng)域，用于監(jiān)控駕駛員狀態(tài)、疲勞駕駛等，預(yù)計(jì)2027年全球市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)40億美元。 VCSEL可分為鎵砷基、銦磷基、銻化鎵基等材料，波長(zhǎng)在900nm左右的VCSEL技術(shù)最為成熟，價(jià)格也最低，主要應(yīng)用于掃地機(jī)器人避障功能、車(chē)載雷達(dá)及監(jiān)控、手機(jī)中的Face ID，650nm及以下，價(jià)格相對(duì)較高，則主要應(yīng)用于AR/VR眼鏡的Micro-LED顯示、汽車(chē)尾燈等，長(zhǎng)波的VCSEL難度較大，價(jià)格會(huì)更高。 除了汽車(chē)市場(chǎng)，VCSEL的潛力還很大，擁有諸多應(yīng)用領(lǐng)域：

醫(yī)療美容：近幾年，激光脫毛增速明顯，相比傳統(tǒng)光源，VCSEL激光擁有更好的單色性、更高的瞬時(shí)脈沖能量密度和更高的安全性；

探測(cè)：一是消費(fèi)品的探測(cè)功能，比如，智能手表的血氧飽和度功能，VCSEL的功耗只有傳統(tǒng)LED的十分之一，從而可以延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)長(zhǎng)；二是氣體探測(cè)，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳等氣體，均可由特定波長(zhǎng)VCSEL芯片實(shí)現(xiàn)濃度監(jiān)控，相比DFB芯片，VCSEL可靠性更高、成本更低并以單模輸出；

汽車(chē)?yán)走_(dá)：目前無(wú)人駕駛主流方案是鎵砷基和銦磷基的半導(dǎo)體激光器，包括邊發(fā)射和垂直腔面發(fā)射（VCSEL）兩種形式，950nm和1550nm兩種波長(zhǎng)搭配使用，目前國(guó)內(nèi)速騰、禾賽等公司產(chǎn)品以905nm為主，不過(guò)因波長(zhǎng)較短，最大的探測(cè)距離只有50m~200m，所以需要搭配1550nm波長(zhǎng)使用，使探測(cè)距離達(dá)到300m，但1550nm技術(shù)難度非常高，目前尚達(dá)不到探測(cè)需求，主要以邊發(fā)射路線為主；

光存儲(chǔ)：紅光半導(dǎo)體激光器廣泛用于CD、VCD、DVD讀寫(xiě)光頭、掃描槍領(lǐng)域；

接近傳感：大多消費(fèi)產(chǎn)品諸如TWS耳機(jī)、AR/VR眼鏡、無(wú)人機(jī)、掃地機(jī)器人等都會(huì)搭載VCSEL芯片進(jìn)行傳感控制；

3D人臉識(shí)別：主要有結(jié)構(gòu)光和飛行時(shí)間兩種方案，結(jié)構(gòu)光利用帶有編碼信息激光點(diǎn)陣投射在物體上，再通過(guò)算法計(jì)算返回編碼圖案的畸變得到物體的位置和深度信息，光飛行時(shí)間法利用測(cè)量光飛行時(shí)間或相位差獲取距離信息，940nm的VCSEL廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、智能門(mén)鎖、智能支付、安防等領(lǐng)域，最頂級(jí)、最安全、最好用方案均采用VCSEL芯片提供解決方案；

光通信/光互聯(lián)：VCSEL技術(shù)已非常成熟，成為數(shù)據(jù)中心的主流光子通信技術(shù)，耦合效率可達(dá)90%，具有易封裝、波長(zhǎng)漂移系數(shù)小、低閾值電流、功耗低、數(shù)據(jù)速率高等優(yōu)勢(shì)，其中1000nm以下850nm是最主流產(chǎn)品，應(yīng)用覆蓋100/200/400/800G光模塊，1000nm以上VCSEL包括 1270nm、1310nm和1550nm，目前，56G速率以上VCSEL光芯片基本被索尼、住友等國(guó)外公司壟斷，國(guó)內(nèi)暫時(shí)還是空白。

國(guó)內(nèi)VCSEL玩家基本70%以上都是Fabless（無(wú)晶圓廠模式），且均在起步階段，多數(shù)企業(yè)基本處于A輪、B輪或天使輪融資，他們的最終用戶是華為、小米這樣的手機(jī)客戶。先導(dǎo)科技集團(tuán)：做化合物半導(dǎo)體界的臺(tái)積電“我們的目標(biāo)是做到化合物半導(dǎo)體界的臺(tái)積電?！?先導(dǎo)科技集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理周?chē)?guó)芳表示，不僅如此，我們還要做到“人無(wú)我有、人有我優(yōu)”。 成立于1995年的先導(dǎo)科技集團(tuán)是稀散金屬全產(chǎn)業(yè)鏈的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，業(yè)務(wù)包括稀散金屬、高端材料、器件、模組、系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和回收服務(wù)。目前先導(dǎo)科技集團(tuán)擁有5000多名員工，分為化合物半導(dǎo)體事業(yè)部、紅外與激光事業(yè)部、薄膜技術(shù)事業(yè)部、功能材料四大事業(yè)部。 先導(dǎo)科技集團(tuán)的強(qiáng)項(xiàng)是稀有和分散，包括硒、鉍、碲、銦、鎵、鍺和錸七個(gè)金屬，波長(zhǎng)主要集中在可見(jiàn)光和紅外光，其中可見(jiàn)光產(chǎn)品包括鎵砷基的VSCEL激光器，紅外光產(chǎn)品包括1270nm、1330nm、1550nm的銦磷基激光器和探測(cè)器，紫外光產(chǎn)品主要包括8nm~12nm的硫化鋅、硒化鋅、氧化釩、碲化鎘、碲鎘汞芯片。 根據(jù)先導(dǎo)科技集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理周?chē)?guó)芳介紹，先導(dǎo)科技集團(tuán)的GaAs材料業(yè)務(wù)是覆蓋材料提煉、襯底、外延、芯片、器件的垂直一體化流程，同時(shí)在芯片生產(chǎn)上，也使用了頂級(jí)的***、鍍膜、氧化、刻蝕、金屬化、濕法氧化、研磨、激光切割、測(cè)試等設(shè)備。目前，先導(dǎo)科技集團(tuán)擁有6英寸的鎵砷基和4英寸的銦磷基芯片制造能力，其中鎵砷基材料在全球擁有接近60%市場(chǎng)。 威科賽樂(lè)是先導(dǎo)科技集團(tuán)旗下子公司，目前在重慶占地75畝，員工數(shù)超過(guò)300名，一期投資達(dá)到13億元人民幣，即將啟動(dòng)10億元人民幣的二期投資。威科賽樂(lè)主要業(yè)務(wù)是銦磷基的外延和芯片以及VCSEL、Detector、μLED、探測(cè)器、空間太陽(yáng)能電池等光電芯片。目前威科賽樂(lè)具有從襯底到外延再到芯片的垂直一體化能力，能夠以IDM形式自我設(shè)計(jì)，根據(jù)客戶需求快速迭代研發(fā)，從而響應(yīng)客戶需求。