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隨著上世紀70年代晶體生長技術(shù)飛躍發(fā)展疏悯，砷化鎵（GaAs）作為第二代半導體材料出道即巔峰灸尾，并以其優(yōu)異特性在近60年中長期保持競爭力——具體包括：最初作為一種直接帶隙半導體（能夠直接將電子躍遷產(chǎn)生的能量釋放為光子），在太陽能電池中得到應(yīng)用歉冷；還因其禁帶寬度（約1.42eV）比硅寬汗势，電子遷移率（8500cm2/V·s）遠高于硅，還能抵抗高能粒子的輻射損傷乳后，在空間锁熟、軍事和高功率電子等廣泛領(lǐng)域有突出表現(xiàn)；2010年隨著LED以及智能手機的普及确奄，再到2017年iPhoneX首次引入了VCSEL激光器（垂直腔面發(fā)射激光器）用于面容識別麸媒，砷化鎵應(yīng)用場景拓寬到消費電子市場，進入規(guī)纳林化應(yīng)用階段胚览。
如今，正處于新能源替代傳統(tǒng)能源的風口浪尖需五，技術(shù)革命的腳步也已經(jīng)走到人工智能這扇門前鹉动，砷化鎵還能繼續(xù)站在先進前沿材料的隊伍中迸發(fā)耀眼光芒嗎诗舰？
一、激光器
激光器是光纖通信和光互連系統(tǒng)的核心組件训裆。隨著AI模型的復雜度和數(shù)據(jù)量的增加，傳統(tǒng)電子互連在速度和能效上受到限制蜀铲。利用激光器進行的光互連可以實現(xiàn)高速边琉、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸，極大地提高數(shù)據(jù)中心和AI處理單元之間的通信效率记劝。在自動駕駛变姨、機器人和智能家居中，激光器用于激光雷達系統(tǒng)（LiDAR）厌丑，為AI系統(tǒng)提供高精度高分辨率的3D環(huán)境圖像數(shù)據(jù)定欧。
砷化鎵的直接帶隙特征決定了它在光電應(yīng)用中的天然優(yōu)勢。使用砷化鎵襯底制造的紅外激光器怒竿、傳感器具備高功率密度砍鸠、低能耗、抗高溫耕驰、高發(fā)光效率京佃、高擊穿電壓等特點，也使其在人工智能言丧、無人駕駛等應(yīng)用中占據(jù)先機崔狂。具體可以參考以下收集的市場調(diào)研數(shù)據(jù)：
根據(jù)Yole預(yù)測，激光器是砷化鎵襯底近五年最大的應(yīng)用增長點之一辕寺。預(yù)計到2025年茶链，全球激光器砷化鎵襯底（折合二英寸）的市場銷量將從2019年的106.2萬片增長至330.3萬片，年復合增長率為20.82%误扯；預(yù)計到2025年颓之，全球激光器砷化鎵襯底市場容量將達到6,100萬美元，年復合增長率為16.82%禁糖。
2019-2025年全球激光器器件砷化鎵襯底預(yù)計銷量和市場規(guī)模
在具體應(yīng)用方面舒跌，近五年激光器砷化鎵襯底的需求增長主要由VCSEL的需求拉動。VCSEL是一種垂直于襯底面射出激光的半導體激光器狞穗，在應(yīng)用場景中概丢，常常在襯底多方向同時排列多個激光器，從而形成并行光源民轴，用于面容識別和全身識別攻柠。
VCSEL作為3D傳感技術(shù)的基礎(chǔ)傳感器，隨著5G通信技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展后裸，同時受益于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的廣泛應(yīng)用瑰钮，VCSEL的市場規(guī)模不斷增長冒滩，特別是以VCSEL為發(fā)射源的3D立體照相機將會迎來高速發(fā)展期，3D相機是一種能夠記錄立體信息并在圖像中顯示的照相機浪谴，可以記錄物體縱向尺寸开睡、縱向位置以及縱向移動軌跡等。此外苟耻，VCSEL作為3D傳感器篇恒，在生物識別、智慧駕駛凶杖、機器人胁艰、智能家居、智慧電視智蝠、智能安防腾么、3D建模、人臉識別和VR/AR等新興領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景铭梯。
根據(jù)Yole預(yù)測靡隔，隨著3D傳感技術(shù)在各領(lǐng)域的深度應(yīng)用，VCSEL市場將持續(xù)快速發(fā)展斧炎，繼而加大砷化鎵襯底的需求沃菩。2019年，全球VCSEL器件砷化鎵襯底（折合二英寸）銷量約為93.89萬片铝寿，預(yù)計到2025年將增長至299.32萬片片迁，年復合增長率達到21.32%；2019年全球VCSEL器件砷化鎵襯底市場規(guī)模約為2,100萬美元陷克，預(yù)計到2025年全球砷化鎵襯底市場規(guī)模將超過5,600萬美元煞肠，年復合增長率為17.76%。
2019-2025年全球VCSEL器件砷化鎵襯底預(yù)計銷量和市場規(guī)模
二版幕、通信照明
射頻器件：由于具有高電子遷移率和高飽和電子速率的顯著優(yōu)勢乏束，因此砷化鎵一直是制造射頻功率放大器的主流襯底材料之一。5G時代對功率衔甲、頻率糖埋、傳輸速度提出了更高的要求，使用砷化鎵襯底制造的射頻器件非常適合應(yīng)用于長距離窃这、長通信時間的高頻電路中瞳别。伴隨5G基站建設(shè)以及5G手機的推廣將使砷化鎵基射頻器件穩(wěn)步增長。
2019-2025年全球射頻器件砷化鎵襯底預(yù)計銷售量和市場規(guī)模
根據(jù)Yole預(yù)測杭攻，2025年全球射頻器件砷化鎵襯底（折合二英寸）市場銷量將超過965.70萬片祟敛，2019-2025年年均復合增長率為6.32%。2025年全球射頻器件砷化鎵襯底市場規(guī)模將超過9,800萬美元，2019-2025年年均復合增長率為5.03%馆铁。
LED器件：其高效跑揉、低功耗、長壽命等優(yōu)點埠巨，廣泛應(yīng)用于照明历谍、顯示、信號指示等領(lǐng)域辣垒。具體原理是當電流通過LED時扮饶，電子從半導體材料的導帶躍遷到價帶，與空穴復合乍构，釋放出能量以光子的形式，不同材料的半導體產(chǎn)生不同波長的光喝壹，從而形成不同顏色的LED仓近，例如，紅光LED通常由砷化鎵（GaAs）制成旱已，摻入磷形成砷磷化鎵（GaAsP）則可發(fā)出橙光肌蛮。此外，砷化鎵在高效紅外發(fā)射的應(yīng)用中也穩(wěn)如泰山殿漆，幾乎不可替代忍猛。
2019-2025 年全球 LED 器件砷化鎵襯底預(yù)計銷量和市場規(guī)模
根據(jù) Yole 預(yù)測，2019 年全球 LED 器件砷化鎵襯底市場（折合二英寸）銷量約為 846.9 萬片肾蕉，預(yù)計到 2025 年全球 LED 器件砷化鎵襯底（折合二英寸）市場銷量將超過 1,300 萬片掐股，2019 年全球 LED 器件砷化鎵襯底市場規(guī)模約為 6,800 萬美元，預(yù)計到 2025 年全球 LED 器件砷化鎵襯底市場規(guī)模將超過 9600 萬美元笤敞，相較 2019 年將增加接近 3000 萬美元的市場規(guī)模扳九。
小結(jié)
與磷化銦一樣，砷化鎵在半導體材料的分類中屬于III-V 族化合物半導體材料瞻绝，除了同樣具備電子遷移率高玖瘸、光電性能好的特點，而且就產(chǎn)業(yè)化角度檀咙，也是僅次于硅之外最成熟的半導體材料雅倒。目前，砷化鎵的商業(yè)化制備主要路線是垂直梯度凍結(jié)法（Vertical Gradient Freeze）弧可，即VGF法——利用溫度梯度和冷卻控制蔑匣，使熔化的砷和鎵在垂直方向上逐漸結(jié)晶，形成單晶砷化鎵侣诺，不僅能夠生長出較大的單晶殖演，而且晶體質(zhì)量也滿足絕大多數(shù)應(yīng)用需求。
2021 年全球砷化鎵襯底市場競爭格局
從市場格局來看，全球砷化鎵襯底市場集中度較高趴久，根據(jù) Yole 統(tǒng)計丸相，全球砷化鎵襯底市場主要生產(chǎn)商包括 Freiberger、Sumitomo 和AXT彼棍，2021 年全球市場份額分別為 28%/21%/13%灭忠。整體來看，砷化鎵襯底材料仍由海外供應(yīng)商主導座硕，國產(chǎn)替代空間巨大攘体。
參考文獻：
《招股說明書》北京通美晶體技術(shù)股份有限公司
《GaAs 和 InP 化合物半導體的發(fā)展趨勢及應(yīng)用》韓家賢
《砷化鎵材料發(fā)展狀況概述》趙巧云
《有色金屬年度策略：破浪有時，靜待風起》華安證券
《數(shù)字經(jīng)濟時代 AI 引領(lǐng)新變革门痕，金屬新材料迎新成長機遇》中國銀河證券研究院
