在全球范围内,磷化铟衬底市场规模快速增长。受AI算力、数据中心和6G通信驱动,Yole预测全球InP衬底市场规模将从2022年的30亿美元增至2028年的64 亿美元,年复合增长率达13.5%。
这一增长主要由光通信、5G与卫星通信、新兴技术等领域推动。例如,100G/200G光模块需求激增,使得InP基激光器芯片成为主流选择;高频器件(如HEMT、pHEMT)对InP衬底的需求也随5G网络建设而上升。此外,量子点激光器、硅光集成等前沿技术的商业化加速,进一步扩大了市场需求。
然而,全球InP衬底市场高度集中,前三大厂商(日本住友电工、美国AXT、法国II-VI)占据91%的份额。日本住友电工采用VB法生产4英寸掺Fe半绝缘衬底,技术成熟且良率稳定;美国AXT凭借VGF法实现6英寸InP衬底量产,成本优势显著;法国II-VI则聚焦高端外延片,在光通信领域占据主导地位。
国内企业如北京通美虽已跻身全球前列,但在大尺寸(6英寸)和高端产品(如半绝缘衬底)上仍依赖进口。
国内替代进程中,头部企业加速技术攻关。如华芯晶电采用垂直梯度凝固法(VGF)突破4英寸InP衬底制备技术,产品良率达70%,价格仅为进口产品的50%,已进入苹果供应链。其子公司立昂晶电通过优化晶体生长工艺,实现大尺寸、低位错衬底量产,填补国内空白。
云南锗业年产15万片4英寸InP衬底,良率提升至70%,计划扩产至10吨/年(全球第一),目标切入华为海思、Wolfspeed等头部供应链。有研新材则布局InP外延片技术,与国内光模块厂商合作推进国产替代。
政策与资本的双重驱动为国内企业提供了有力支持。国家大基金二期重点支持半导体材料领域,云南锗业等企业获注资加速产线建设。
地方政策方面,河北省对第三代半导体企业给予流片补贴,最高可达1000万元,北京市顺义区对InP衬底项目提供固定资产投资补贴,最高3000万元。市场需求方面,国内光模块厂商(如中际旭创、新易盛)加速国产芯片验证,2024年25G DFB 光器芯片国产化率提升至20%。
尽管取得进展,国内企业仍面临技术瓶颈。国际厂商已量产6英寸InP衬底,而国内企业仍以4英寸为主,6英寸技术处于研发阶段。高端产品如半绝缘衬底、高纯度外延片依赖进口,国内企业在材料一致性和缺陷控制上存在差距。设备与工艺方面,晶体生长设备(如VGF炉)、切片抛光设备(如双面研磨机)国产化率不足30%,高端工艺(如离子注入)依赖海外技术。
未来,国内InP衬底市场将呈现国产替代加速与生态重构的趋势。短期内,中低端2-4英寸InP衬底将实现全面国产替代,价格下降30%-50%;6英寸衬底进入小批量试产,半绝缘衬底良率提升至60%。
长期来看,6英寸衬底将实现量产,半绝缘衬底市占率提升至30%,切入100G以上光模块市场。国内企业将从衬底向外延片、器件延伸,形成“材料-器件-应用”全产业链,在价格和服务上挤压国际厂商份额,但技术壁垒仍需5-10年突破。
然而,国内InP衬底产业仍面临多重风险。技术封锁方面,美国对华半导体设备出口限制可能影响InP衬底生产;产能过剩可能导致价格战,压缩企业利润率;全球光通信市场周期性波动也可能影响国内替代进程。
为应对这些挑战,企业需加强研发,聚焦6英寸衬底、半绝缘材料等关键技术,与高校共建联合实验室;推动产业链协同,加速产品验证;争取政策支持,完善设备与材料供应链。
小结
InP单晶衬底市场正处于需求爆发与技术垄断的博弈期,国内企业在政策支持和市场需求驱动下,已实现中低端产品的国产替代,但在高端领域仍需突破技术壁垒。未来5-10年,随着技术进步和产业链整合,国内InP衬底有望在全球市场占据更重要地位,成为半导体材料自主可控的关键一环。