砷化镓（GaAs）是由两种元素组成的化合物材料。用于制造GaAs晶圆的半导体是直接带隙半导体，这意味着电子可以更快地穿过元件而不会受到太多干扰，这使得它成为实现高频率通信的理想选择，此外随着绿色能源的崛起和清洁能源的需求不断增加，光电领域成为砷化镓的又一重要应用方向。如今GaAs被广泛用于微波频率集成电路，单片微波集成电路，红外发光二极管，激光二极管，太阳能电池和光学窗等通信、光电和能源等众多领域。
《全球GaAs行业研究报告》共分为三大篇章，六个章节，详尽分析了GaAs材料概述、GaAs市场规模及下游应用，GaAs衬底、GaAs外延等产业链各环节市场概况及竞争格局，GaAs终端应用，GaAs晶圆产线及产能分布等产业发展现状。为帮助业内人士全面详实了解全球GaAs行业及市场，集微咨询（JW Insights）结合一手调研和数据库信息，重磅发布《全球GaAs行业研究报告》。
GaAs材料及市场概况
半导体材料经过一个多世纪的发展，可以划分为三个时代，其中第二代半导体材料属于化合物半导体，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）材料等为代表，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料，广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信等领域。
GaAs是最古老、最成熟的化合物半导体之一，其应用从60年代的LED和太阳能电池，主要用于军事及太空领域，90年代开始被广泛应用于移动手持设备的功率放大器。2017年，GaAs VCSEL技术的3D传感应用于iPhone X。
Yole数据显示，2018年全球GaAs产业链中衬底、外延片、晶圆代工、元器件市场规模分别为4.6亿美元、11亿美元、56.7亿美元、88.7亿美元。Yole预计到2025年，GaAs衬底市场规模将达到3.48亿美元，2019~2025年复合增长率约为10%。器件市场规模也将稳定增长，Research In China数据预计到2025年，全球GaAs元器件市场总产值将增长至160亿美元，2019~2025年复合增长率为7.7%。
GaAs下游应用领域可分为射频、光电子、LED和光伏，从GaAs衬底出货量来看，射频、LED、光电子和光伏市场占比约为47%、42%、10%、1%。
GaAs产业链情况
GaAs产业链上游为GaAs晶体生长、衬底和外延片生产加工环节。
衬底是外延层半导体材料生长的基础，起到承载和固定芯片的作用，将原材料金属镓、砷等人工合成GaAs多晶→ 利用生长技术制备GaAs单晶→经过切割、磨边、研磨、抛光、清洗等工艺得到GaAs衬底。
目前4-6英寸为主流直径，但部分如Freiberger等已具备8英寸GaAs衬底生产能力。集微咨询（JW Insights）认为，大直径、长尺寸仍然是GaAs衬底的发展方向，有利于降低成本。
根据Yole数据，预计到2025年将达3.48亿美元，2019~2025年CAGR为9.67%。下游射频器件、激光器、LED等应用的持续增长带动上游GaAs衬底快速增长。集微咨询（JW Insights）指出，GaAs衬底环节市场集中度较高，且由于技术壁垒（晶片位错密度、电阻率均匀性、平整度、表面颗粒度等核心性能指标将直接影响器件的良率和成本)及客户认证(产品认证周期长，合作关系通常长期稳定)等原因的存在，头部企业垄断格局明显。全球GaAs衬底市场主要生产商Freiberger、Sumitomo和北京通美市占率分别为28%、21%、13%。国内衬底厂商整体处于初级阶段，国内企业主要产品为低端LED所用GaAs衬底，大直径GaAs生产方面与龙头企业仍存在差距，国内GaAs衬底产品以半导电型为主，国外以半绝缘型GaAs衬底为主。半绝缘GaAs市场供不应求，半导电型GaAs市场处于低价竞争状态。
GaAs外延片是GaAs产业链的关键材料，目前外延厂商主要采用MOCVD来制备外延片，应用于射频、LED、光电子领域。集微咨询（JW Insights）指出，其中，GaAs射频市场90%以上外延为外包，IQE和全新光电约占80%以上市场份额；GaAs LED市场，外延市场基本完全被IDM厂商Osram、三安光电、晶圆光电、乾照光电占据；GaAs光电子市场：数通市场主要被Finisar、Avago、II-VI等IDM主导；VCSEL市场以外延外包为主。
外延生长设备方面，Yole预计GaAs外延设备市场规模将从2020年的1.57亿美元增长至2026年的2.14亿美元。集微咨询（JW Insights）认为，无论是MOCVD还是MBE设备，设备集中度较高，规模持续扩张。
MOCVD设备市场由德国Aixtron、美国Veeco等国际设备厂商占据较大的市场份额，但随着设备国产化的推进，国产设备市场份额逐步攀升。MBE设备市场份额主要集中在美国、德国、法国、日本、韩国等国外企业。现阶段，我国MBE设备市场基本被进口产品垄断，国内仅有中科院沈阳科仪个别公司具备生产能力。同时由于市场容量有限，除现有企业，新企业较难切入。
GaAs终端应用
当前，GaAs在光电子、射频器件、LED等领域被广泛使用。
1、光电子领域，VCSEL将成为GaAs光电子市场增长的最大驱动产品
GaAs材料制造的光电子器件具备高功率密度、低功耗、抗高温、高光电转换效率等特性，目前主要包含VCSEL、EEL及光电二极管等。VCSEL（垂直腔面发射激光器）波长较短，适用于短距离传输场景，主要用于人脸识别、短距测距、激光雷达、光通信等领域；EEL（边缘发射激光器）拥有较高的、光电转换效率、输出功率较高，更适合中长距，主要用于数据通信，材料加工，3D打印，激光雷达等领域；GaAs光电二极管可以发黄光、红光和红外光，主要用于各类监测和高速光纤接收器。如烟雾探测器、红外遥控设备、医疗设备中的断层造影探测器等。
集微咨询（JW Insights）认为，各类GaAs光电产品中，VCSEL将成为GaAs光电子市场增长的最大驱动产品。Yole预计VCSEL市场规模将从2021年的12亿美元增长至2026年的24亿美元，CAGR约为13.6%。在VCSEL芯片的细分市场中，数据通信有望超越消费电子，汽车市场增速最快。Yole预计2022-2027年间，VCSEL的移动和消费市场CAGR为15.7%，光通信领域受益于大数据时代，数据中心、5G通信光模块需求的驱动，CAGR预计可达22.2%，同时受自动驾驶技术推动，VCSEL在激光雷达领域CAGR预计可达96.6%。
VCSEL芯片目前主要用于3D传感、光通信、短距测距定位等领域，集微咨询（JW Insights）认为，随着通过多结VCSEL芯片实现高密度功率输出关键技术的逐渐突破，VCSEL有望改善输出功率较低的性能瓶颈，逐渐替代EEL应用于激光雷达领域。VCSEL芯片下游应用将由传统光通信领域延展到更多新兴应用场景，未来5~10年VCSEL有望逐渐取代EEL成为主流的激光元器件，汽车场景的大功率、高性能VCSEL是研发重点方向。同时，工业应用也成为VCSEL另一个发展方向，应用于如工业加热、环境监测、智能物流等基础设施。
目前，国内VCSEL芯片依赖进口，但国内企业在技术和市场领域正不断突破。目前可大规模生产VCSEL的厂家大部分集中于欧美日（Lumentum和II-VI已形成双寡头垄断，合计占有80%市场份额），中国VCSEL厂商以创业型为主，海归专家和本土人才共同创立，集中在长三角和珠三角地区，市占率低。集微咨询（JW Insights）指出，近年来，VCSEL芯片国产化加速，纵慧芯光、长光华芯、光迅科技等企业在细分领域技术、工艺、性能方面不断突破，并开始市场端量产交付，相关企业正受到投资领域的关注。
2、射频领域，射频用GaAs晶圆市场规模稳定增长
当前，市场射频器件主流工艺包括Si CMOS和GaAs。CMOS成本低，但高频、高速性能低于GaAs，GaAs高电子迁移率和饱和电子速率特性，适用于射频领域的高频需求。随着5G时代对高频、低噪、高击穿电压的要求，使得GaAs优势更为明显。
GaAs射频器件以PA为主，实现信号放大功能，同时包括射频开关、LNA等。GaAs射频器件的制备工艺主要有HBT和pHEMT两种技术，HBT发射效率较高，pHEMT工作频率较高。PA通常采用GaAs HBT，LNA&Swtich通常采用GaAs pHEMT。但pHEMT成本较高，因此目前主流以HBT为主。
集微咨询（JW Insights）指出，射频GaAs晶圆市场规模稳定增长。根据Yole，受5G和WiFi 6需求驱动，射频GaAs晶圆市场规模预计2025年将达到36亿美元，5年复合增长率约为4.28%。PA是射频领域最大的应用市场，其中基站PA GaAs 占比稳定，约为40%，同时5G+基站建设将为上游GaAs产业带来稳定的市场需求。手机PA原本以CMOS为主（更具有成本优势），但5G时代手机PA以GaAs为主，单机PA数量大幅上升，GaAs市场需求将随之增加。
主流射频公司GaAs代工方面，Skyworks、Qorvo、Boradcom等头部企业均是IDM模式，并寻求部分代工合作。国内射频设计企业基本均为fab厂代工。
集微咨询（JW Insights）指出，当前代工厂GaAs总产能折合六寸片约14万/月，其中GaAs HBT约46,000片/月。目前整个行业处于去库存阶段，前期的持续扩产导致GaAs代工整体产能供过于求。IDM公司如Qorvo和Skyworks等由于持续丢失中国大陆的射频前端份额，其GaAs晶圆厂产出规模逐渐减少，供过于求；台系代工厂如稳懋和宏捷科，守住了高端产品线和制程，但出货量较大的中低端制程被中国本土代工厂逐渐取代；国内本土代工厂三安集成、常州承芯等，随着射频前端国产化进程的推动，本土代工厂迎来新机遇。
3、LED领域，新一代显示技术为GaAs带来新的需求增长空间
GaAs LED主要为黄光、红光和红外光，分为常规LED、新一代显示（Mini LED、Micro LED）等。集微咨询（JW Insights）预计，目前小间距LED、Mini LED和Micro LED显示屏全球市场规模占比约50%，随着市场发展驱动，2025年小间距LED、Mini LED和Micro LED显示屏市场规模将进一步提升至75%。
Mini LED方面，随着LED背光的改良，大幅提升现有液晶画面效果，成本易控制，适用于手机、电视、车用面板及电竞笔记型计算机等产品；Micro LED作为下一代革命性显示技术，有助于提升显示画质，应用于穿戴式的手表、手机、车用显示器、扩增实境/虚拟实境、显示屏及电视等领域。集微咨询（JW Insights）指出，Mini LED和Micro LED大幅拓宽了LED显示技术的应用场景，为GaAs带来新的需求增长空间。
GaAs晶圆产线及产能情况梳理
近年来，随着国家大力推动，半导体产业自主可控，射频、光电子等高端砷化镓元器件厂正加速向国内转移，并投资新建产线，增加产能。砷化镓行业广阔的市场发展空间，吸引了众多的产业链上下游公司相继入局，并不断加大技术投入和市场开发力度，行业正处于蓬勃发展期。
目前国内砷化镓厂商正不断扩充产能，以应对逐步强劲的市场需求。据集微咨询（JW Insights）不完全统计，国内目前现有GaAs晶圆产线共9条，产能超过30万片/月（折合成6英寸）。
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