化合物半导体磷化铟研究报告.docx

化合物半导体磷化铟研究报告.docx

《化合物半导体磷化铟研究报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化合物半导体磷化铟研究报告.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化合物半导体磷化铟研究报告

2020年化合物半导体磷化铟研究报告

一、化合物半导体磷化铟（InP），电学性质优越

磷化铟是第二代半导体材料，广泛应用于光通信、集成电路等领域。

5G时代技术革新带来以磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料的蓬勃发展。

半导体材料按照物理性质可以划分三代，分别是以Si、Ge为代表的第一代，InP、GaAs为代表的第二代，GaN、SiC为代表的第三代。

磷化铟（InP）是一种III~V族化合物，闪锌矿型晶体结构，晶格常数为5.87×10-10m，禁带宽度为1.34eV，常温下迁移率为3000~4500cm2/（V.S）。

InP晶体具有饱和电子漂移速度高、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率高等诸多优点，被广泛应用于光通信、高频毫米波器件、光电集成电路和外层空间用太阳电池等领域。

未来组件需求将以高速、高频与高功率等特性，链接5G通讯、车用电子与光通讯领域的应用，第二、三代化合物半导体有望突破硅半导体摩尔定律。

（一）磷化铟半导体电学性能突出

磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs）相比，电学等物理性质优势突出，在半导体光通信领域应用占据优势。

1）磷化铟具有高电子峰值漂移速度、高禁带宽度、高热导率等优点。

InP的直接跃迁带隙为1.35eV，对应光通信中传输损耗最小的波段；热导率高于GaAs，散热性能更好。

2）磷化铟在器件制作中比GaAs更具优势。

InP器件高电流峰谷比决定了器件的高转换效率；InP惯性能量时间常数是GaAs的一半，工作效率极限高出GaAs器件一倍；InP器件具有更好的噪声特性。

3）磷化铟（InP）作为衬底材料主要有以下应用途径。

光电器件，包括光源（LED）和探测器（APD雪崩光电探测器）等，主要用于光纤通信系统；集成激光器、光探测器和放大器等，是光电集成电路是新一代40Gb/s通信系统必不可少的部件。

（二）磷化铟材料光电领域应用占优 

磷化铟应用涵盖光纤通信、光电器件、医疗及传感等多种领域。

目前主要应用于1）用于光纤通信技术。

在磷化铟单晶衬底上制备的InGaAsP/InP，InGaAs/InP异质结材料所制备的1.3~1.6μm光源和探测器已广泛用于光纤通信中；2）材料在光电器件方面得到广泛应用。

（三）磷化铟单晶制备技术壁垒高 

能够使单晶批量化生长的技术主要有高压液封直拉法（LEC）、垂直温度梯度凝固法（VGF）和垂直布里奇曼法（VB）。

美国AXT公司和日本住友分别使用VGF和VB技术可以生长出直径150mm的磷化铟单晶，日本住友使用VB法制备的直径4英寸掺Fe半绝缘单晶衬底可以批量生产。

VGF生产技术要求晶体表面翘曲度小于15微米，位错水平越低越好。

中国磷化铟制备技术与国际水平仍有较大差距，国内企业产能规模较小，大尺寸磷化铟晶片生产能力不足。

二、磷化铟光通信产业链，上游国外垄断有待突破

（一）产业链全球分工明确，国内衬底市场占比不足 

磷化铟衬底处于产业链上游，80%市场份额被国外厂商垄断。

目前，日本住友是行业龙头，占据着全球60%市场份额，美国通美市占率15%，英法的公司市占率各10%和5%。

目前，国内衬底年用量总计在3万片左右，占全球总市场份额不足2%。

国内能够生产磷化铟晶圆的企业较少，珠海鼎泰芯源公司掌握30项专利，正在申请的专利有10项，磷化铟长晶率可达到40%-50%。

而公司背后的技术团队和技术支撑是中科院。

目前鼎泰芯源已经掌握了2英寸到6英寸晶圆的生产技术。

（二）上游衬底公司：

国外垄断格局显著，国内企业追赶

磷化铟衬底材料处于光通信产业链上游，国外垄断格局明显。

目前，由于在磷化铟单晶生长设备和技术方面存在较高壁垒，磷化铟市场参与者较少，且以少数几家国外厂商为主，主要供应商包括日本住友、日本能源、美国AXT（中国生产）、法国InPact、英国WaferTech等，以上5家厂商占据了全球近80%的市场份额。

国内开展磷化铟单晶材料的研究工作已经超过30年，但磷化铟单晶生长技术的研究规模、项目支持力度和投入较小，与国际水平还存在较大差距。

目前，国内除通美北京工厂外，尚没有可批量生产单晶衬底的厂家。

但传统的砷化镓、锗单晶衬底厂家同样注意到了该市场的机会，包括珠海鼎泰芯源公司、云南锗业、先导稀材、中科晶电、东一晶体在内的厂家正在积极布局。

目前，由于国内激光器外延厂家尚未实现大规模生产，磷化铟衬底占全球总市场份额不足2%。

（三）中游器件公司：

激光器欧美企业起步较早，光模块中国市占率高 

激光器欧美企业起步较早，国内企业规模相对较小。

公司规模来看，国外激光器企业体量较大，国内激光器企业仍有差距。

欧洲和美国在激光领域起步较早，技术上具备领先优势，时至今日许多知名激光器企业已经发展壮大，如美国的IPG光电、Coherent（相干，收购德国罗芬）、nLight（恩耐）、II-VI（贰陆），德国的Trumpf（通快，收购英国SPI公司），以及丹麦的NKTPhotonics等。

国内优秀的激光器企业有锐科激光、创鑫激光、杰普特等，但规模上相对较小。

光模块产业链全球分工明确，国内厂商占据较大市场份额。

欧美日等发达国家技术起步较早，在芯片和产品研发方面拥有较大技术优势。

中国在技术方面起步晚，没有实现技术独立的优势，但是凭借劳动力优势、市场规模以及电信设备商的扶持，光模块在产业链中游占据较大市场份额，从OEM、ODM发展为多个全球市占率领先的光模块品牌。

光迅科技、中际旭创、华工正源等企业占据全球19%光模块市场份额。

产业链分工有效利用了全球优势生产要素，并避免了重复研发，有利于全球产业链高效运转。

下游云厂商：

亚马逊市占率全球首位，阿里巴巴追赶 

从全球云计算市场份额来看，美国厂商占据主导地位，亚马逊是唯一的行业龙头，阿里云跻身第四位。

根据Gartner的统计，2019年亚马逊、微软、谷歌三家美国厂商在2019年占72%的市场份额。

亚马逊以45%的市场份额位于全球首位，第二、三、四分别是占据17.9%市场的微软、占据9.1%市场的谷歌和占据5.3%市场的阿里云。

三、IDC/5G驱动光模块需求迅增，磷化铟材料蓄势待发

（一）电信+数通拉动产业链上下游需求增长 

5G时代光通信行业的发展主要带动光模块需求增长。

由于现代通信都是由光纤光缆传输，而终端发送和接收都是电信号，所以两端都需要有光电信号的转换装置——光模块。

光模块如今大量应用于通信行业和数据中心行。

5G使用的网络架构相比4G增加了中传环节，前传、中传、回传之间均采用光模块实现互联。

光模块需求升级带动激光器产能的扩张。

光通信过程中，发射端将电信号转换成光信号，经过调制由激光器发射激光传向接收端；接收端将光信号转换成电信号，经过解调变成信息。

其中，光电芯片以其光电信号转换功能占据关键地位。

一是成本占比高，光芯片和电芯片分别占光模块成本50%、20%，也就是光模块成本有7成是芯片；二是技术壁垒高，光模块的核心技术就在于芯片，尤其是光芯片，光芯片的技术决定光模块的性能。

（二）全球及中国光模块市场趋势向好 

光模块市场前景良好，预期2025年全球市场规模可达百亿美元。

2011-2019年全球、中国光模块市场规模持续增长，从2011年的全球、中国光模块市场规模30.5亿、9.5亿美元，到2019年的全球、中国光模块市场规模59.4亿、24.6亿美元，分别实现了8.69%、12.63%的CAGR。

根据Yole发布的报告显示，预计2019-2025年的复合增长率为15%，2025年光模块市场将增长至177亿美元。

在中国国内新基建带动5G和数据中心的建设，和疫情影响全球光模块销量的两个因素作用下，预计近1年内光模块市场将保持温和增长。

（三）数通光模块增量升级，IDC高速发展是引擎 

云厂商CAPEX整体上升趋势，指标排名腾讯居于首位。

云厂商CAPEX是判断光模块通信行业景气度的重要指标。

2017至2019年云厂商CAPEX增速加大，光模块通信行业发展景气，国内企业腾讯和阿里巴巴在全球指标排名位于前三。

IDC高速发展：

流量爆发带动全球IDC高速发展，直接拉动数通光模块增量升级。

根据工信部，2017年我国在用IDC机架规模166万架，数量1844个；规划在建数据中心规模107万架，数量463个；IDC市场规模650.4亿元，近五年复合增长率32%，未来增速有望保持。

数据中心的建设对光模块的需求巨大，光模块需求由40G转向100G乃至更高速率，2017年北美的超大型数据中心已经转换为100G，目前400G即将大规模应用，未来甚至有望向800G升级。

对比北美，国内云计算产业的加速演进推动数据中心的建设，有望拉动新一轮需求。

从数通光模块发展阶段来看，400G有望放量增长。

100G光模块的发货量趋势对400G有一定参照价值。

2010年100G进入行业标准和专利的规划部署阶段，2015年进入生产启动期并带来固定设备和资产投入，2016年开始进入发货量蓬勃上升期，2017-2018年出货量大幅增长。

据产业调研结果，2019年由于云厂商技术准备不足，400G全球出货量仅10余万只，约等于2016年100G出货量水平，低于市场预期，预计2020年出货量将有数倍增长，我们预计全球需求量有望达到80万只。

据IHS估算，2019是400G预计出货量140万美元，未来五年销售额将以205%速度增长，2023年占据市场份额的25%。

三、电信光模块需求旺盛，5G驱动新一轮量价齐升 

5G采用更高频段、更大带宽、DU/CU分离，带来基站数量、网络架构和网络容量的变化，驱动光模块放量升级的新一轮需求，同时，疫情催化下政策加码5G等新基建领域也有望拉动光模块的长期需求。

目前来看，5G已成为各国抢占科技制高点的必争之地。

我国运营商CAPEX2015-2018年持续下滑，2019年随着5G商用启动，移动/联通/电信计划5G投入170/60-80/90亿元，总资本开支有望同比增加6%，我们预计未来三年运营商CAPEX将比今年提升10-20%，未来十年国内5GCAPEX约1.3万亿元，相比4G增加57%。

2019年我国已经建成超过13万个5G基站，2020年为5G基站大规模建设元年，预计5G宏站500万个，未来三年迎来建站高峰。

宏站方面，国内5G投资周期比4G相对拉长，预计为8-10年（3G/4G大约5年），根据工信部数据，截至2019年6月国内4G基站445万个；综合5G频谱及相应覆盖增强方案，测算未来十年国内5G宏基站约4G的1-1.2倍，合计约500-600万。

目前，2019年6月底第一期NSA基站集采招标完成，招标量满足2019年建成约15万5G基站的目标。

第二轮SA集采逐步落地，保守预计总体招标规模至少在55万站，2020年完成建设。

微站方面，宏站站址建设难度较大且市场较为饱和，同时5G频率更高理论上覆盖空洞更多，因此宏站料无法完全满足eMBB场景的需求，需要大量微站对局部热点高容量的地区进行补盲，我们预计微站数量达千万级别。

5G光模块市场总体规模过百亿，约占5G总投资比重约4.6%。

按照前述宏站500万站（每站6对）、微基站1000万站（每站1对）测算，前传光模块数量将达8000万只左右。

即使按光模块单价250元/只测算，预计前传光模块市场规模将在200亿元左右。

另外，根据OVUM预测，随着全球5G网络建设的兴起，25G光模块将在2019年开始逐步放量并在2024年达到高峰期，数量预计达到1260万只，其中70%会应用在中国市场。

整体来看，前传—中传—后传对于光模块需求速率提升、数量减少。

由于通信承载网络由接入层—汇聚层—核心层不断收束，带宽需求不断提升，导致光模块速率需求随之提升；网络链路不断汇集，导致光模块数量需求随之下降。

（一）磷化铟材料在光模块组件占据关键地位 

磷化铟是光模块组件激光器和接收器的关键半导体材料。

磷化铟（InP）可以作为半导体激光器的增益介质，此型激光器波长1.3微米，输出功率可达350kW，能量转换功率高，同时兼备重量轻、寿命长、结构简单的优点。

磷化铟（InP）作为光电接收器的半导体材料，同样以其突出的电学性质处于重要应用位置。

（二）磷化铟衬底蓄势待发，预期2024年应用市场规模达1.7亿美元 

磷化铟衬底主要需求来自欧美和日本，占总体需求的80%左右。

据《中国新材料产业发展年度报告》中公布，2015年磷化铟衬底需求约为140万片/年，80%来自欧美和日本下游客户，中国大陆的客户仅仅有3%。

预计到2021年，全球磷化铟衬底需求约为400万片/年，中国大陆的磷化铟代工厂商将逐步开始量产。

2021年中国大陆磷化铟衬底需求占比预计将上升至全球的10%，年需求量为40万片左右。

国际厂商占据磷化铟衬底超过90%市场份额。

磷化铟单晶生长设备和技术存在较高壁垒，市场参与者较少，主要为日美等国际厂商。

其中日本住友电工市场份额最大，约占总体份额的60%。

国内生产传统单晶衬底的厂家目前也开始积极布局磷化铟产品，主要厂家有云南锗业、广东先导、鼎泰芯源等，目前仍处于小批量试产状态。

磷化铟2英寸衬底需求目前占主导地位，4英寸需求未来稳步增加。

根据《中国新材料产业发展年度报告》预测，2021年全球2英寸磷化铟衬底需求达到约400万片，相比Yole预测2021年4英寸磷化铟衬底需求约105万片。

其中中国大陆2英寸衬底需求预期2021年会达到40万片。

而未来全球4英寸衬底的需求预期2024年扩张至约160万片，其中数通领域的应用料将逐步增加并在未来超过电信领域占主导地位。

预计2024年全球磷化铟衬底市场规模为1.7亿美元，CAGR为14%。

根据SemiconductorToday预测，全球磷化铟应用市场规模将从2018年的0.77亿美元，提高到2024的1.7亿美元，CAGR为14%。

其中数通光模块在IDC高速增长下市场规模增量有望升级，从2018年0.22亿美元、占比29%，未来预期增长至2024年0.96亿美元、占比56%。

电信光模块应用在5G驱动下增长稳定，从2018年0.35亿美元、占比46%，未来预期增长至2024年0.53亿美元、占比31%。

四、重点公司分析

（一）云南锗业：

转型新材料产业，着力磷化铟单晶国产化 

公司和国内科研院所合作，重点攻克第二代化合物半导体单晶材料的研发和生产。

公司控股子公司云南鑫耀和中国科学院半导体所设立了院士专家工作站，致力于攻克单晶片生产中的关键技术难题，已经获得一系列关键工艺技术。

目前公司已经具备生产半绝缘型6寸砷化镓单晶衬底，具备砷化镓单晶产能80万片/年（折合4寸）。

2019年公司砷化镓单晶销量同比增长10.6%，其中用于射频器件的产品占比增加，毛利率大幅上升至59.7%。

建设磷化铟单晶项目，促进公司向新材料产业转型。

公司2019年底发布公告，拟投资3.24亿元在云南国家锗材料基地建设一条磷化铟（InP）单晶生产线。

项目基于原有“5万片/年2英寸磷化铟单晶及晶片产业化建设项目”实施，建成后公司将具备年产15万片4英寸磷化铟单晶片的能力，预计可实现年营业收入3.2亿元，贡献年平均利润总额1.2亿元。

上游锗资源优势明显，公司逐渐向锗深加工业务转型。

锗资源优势明显，具有先天的资源成本优势。

截至目前，公司是国内锗资源储量最大的企业，旗下拥有自有锗矿和含锗褐煤矿在内的6个锗矿山，累计锗金属储量897吨，占云南省锗资源储量的80%、中国28%、全球11%。

公司早期业务主要以生产初级锗锭为主，随着公司逐渐开始向光纤、红外、光伏等高精尖领域投放产品，看好公司未来盈利能力持续提升。

（二）中际旭创：

5G/IDC双驱动，高端光模块龙头持续领先 

高端光模块龙头，聚焦头部客户行业地位稳固。

苏州旭创2008年成立，聚焦高端光模块十余年，专注后端封装以销定产。

2017年8月通过中际装备并购登陆A股，合并后技术背景深厚的旭创高管团队仍主管经营并拥有股权，公司发展战略和技术路线稳定性得到保障。

数通光模块出货量全球领先，5G产品全面布局已有突破。

2018Q4/2019Q1受北美客户数据中心建设放缓影响，业务出现阶段回调，2019Q2以来业绩增速持续改善。

2019年公司营收/归母净利润47.58/5.13亿元，同比-7.73%/-17.59%；2020Q1营收/归母净利润13.26/1.54亿元，同比+51.44%/+54.43%，疫情影响下略超预期。

云厂商CAPEX中长期趋势向上，短期回暖拉动公司业绩上行。

未来五年IDC高速发展叠加架构升级，行业长期增量空间巨大；2019Q2开始海外云厂商CAPEX回暖，主流100G需求旺盛，2020年400G有望放量。

公司聚焦Google/Amazon等头部客户，核心供应商地位稳固，40G/100G产品份额维持，400G产品积极配合北美重点客户早期部署小批量出货业内领先，同时研发技术能力/生产自动化水平/销售供货能力位居行业前列，2019年研发投入4.46亿元，占收比9.37%，相比2017/2018年的5.49%/6.59%大幅提升，完成了800G产品预研，并对400G硅光芯片工艺进行了优化、改进和投片。

未来三年随着产品出货量及收入的上行，先发400G全规格有望享受高毛利市场红利。

5G建设高峰驱动新一轮快速增长，公司次序布局拓展成长空间。

新基建政策催化下未来三年将迎来5G建设高峰，5G新周期带来的基站数量增长、网络架构变化和网络容量扩大有望快速兑现，驱动无线侧光模块的增量投入和传输侧光模块的存量升级。

测算5G光模块市场规模百亿量级，约占5G总投资4.6%。

其中，前传放量最多空间较大，中回传毛利率较高。

公司近年来持续研发，全产品系列覆盖电信前/中/回传领域，并有望通过收购储翰科技完善产品能力和市场布局，2019年，公司25G前传光模块出货量位居前列，100G/200G等相干光模块先后进入市场。

2019年末，公司继续在主设备商2020年5G招标中继续取得较好份额。

未来中回传市场预计将是竞争重点，公司持续布局100G/400G/相干领域，有望弯道超车。

风险因素。

云厂商CAPEX低于预期；5G光模块需求低于预期；市场竞争加剧；技术路径风险；募投项目落地不及预期；汇率风险；中美贸易摩擦风险；疫情影响超预期等。

盈利预测与估值。

看好公司未来三年数通市场业绩持续好转和5G领域成长空间拓展，维持公司2020/2021/2022年EPS预测分别为1.18/1.55/1.99元，对应2020/2021/2022年PE分别为57/43/33倍，维持“增持”评级。