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習效仿風。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，化合物半導體也再次站到了風口浪尖，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體材料，當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。

當前，全球95％以上的半導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……新應用場景的涌現(xiàn)，是化合物半導體大規(guī)模應用的催化劑。

化合物半導體的概念很簡單，就是一類由化合物構(gòu)成的半導體材料，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。

當前，業(yè)內(nèi)將硅基半導體稱為第一代半導體材料，化合物半導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體材料。

圖源：半導體行業(yè)觀察

相較于硅基半導體，化合物半導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；硅半導體則多用于邏輯器件、存儲器等。從這個角度看，化合物半導體是硅器件的延伸，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，相應的對基站與終端的應用場景提出了全新挑戰(zhàn)，通訊組件與電子器件必須適應更高頻、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的主要半導體材料。可想而知，化合物半導體材料的發(fā)展前景非常廣闊。

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

當消費電子產(chǎn)品以數(shù)億量級鋪開，產(chǎn)業(yè)鏈上下游早已經(jīng)做好了準備，但當化合物半導體的應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)工藝完全不用擔心。但化合物半導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。

化合物半導體與硅半導體的制備工藝類似，但是晶圓制造有所區(qū)別，硅半導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)。

所以化合物半導體產(chǎn)業(yè)鏈通常可以分為：設(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，化合物半導體產(chǎn)業(yè)相較硅半導體顯然低調(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)主導地位。外延生產(chǎn)方面，英國IQE的份額高達60％，其次是***全新光電，也屬于巨頭壟斷的局面。晶圓代工依然是***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，隨著化合物半導體和電子通信產(chǎn)業(yè)的聯(lián)系越來越緊密，硅半導體行業(yè)內(nèi)的巨頭們也在“跨界”，收攏化合物半導體公司。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，和硅半導體的發(fā)展類似，化合物半導體的產(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)應用市場，5G通信基站和新能源汽車都是香餑餑，當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體材料的新一輪爆發(fā)。

相較之下，國內(nèi)的化合物半導體產(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，化合物半導體也是我國半導體產(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)，打開了化合物半導體的潘多拉魔盒，也觸發(fā)了國內(nèi)半導體產(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體產(chǎn)業(yè)，蘇州正在打造第三代半導體產(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、華功半導體、能訊高能、能華半導體等一批企業(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)的風口下， 新應用的規(guī)模化應用意味著化合物半導體將打開億級市場，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。

化合物半導體市場正在快速崛起，新一輪的比拼開始了。