（1）砷化镓简介
砷化镓是砷与镓的化合物，砷化镓作为半导体材料具有优良的特性。使用砷化镓衬底制造的半导体器件，具备高功率密度、低能耗、抗高温、高发光效率、抗辐射、高击穿电压等特性，因此砷化镓衬底被广泛用于生产 LED、射频器件、激光器等器件产品。
20 世纪 90 年代以来，砷化镓技术得以迅速发展，并逐渐成为最成熟的半导体材料之一。但长期以来，由于下游应用领域的发展滞后，市场需求有限，砷化镓衬底市场规模相对较小。2019 年后，在 5G 通信、新一代显示（Mini LED、Micro LED）、无人驾驶、人工智能、可穿戴设备等新兴市场需求的带动下，未来砷化镓衬底市场规模将逐步扩大。
（2）砷化镓衬底行业发展情况
砷化镓产业链上游为砷化镓晶体生长、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，在芯片中起到承载和固定的关键作用。生产砷化镓衬底的原材料包括金属镓、砷等，由于自然界不存在天然的砷化镓单晶，需要通过人工合成制备；砷化镓衬底生产设备主要涉及晶体生长炉、研磨机、抛光机、切割机、检测与测试设备等。砷化镓产业链下游应用主要涉及 5G 通信、新一代显示（Mini LED、Micro LED）、无人驾驶、人工智能、可穿戴设备等多个领域。
全球砷化镓衬底市场集中度较高，根据 Yole 统计，2019 年全球砷化镓衬底市场主要生产商包括 Freiberger、Sumitomo 和北京通美，其中 Freiberger 占比 28%、Sumitomo 占比 21%、北京通美占比 13%。
目前砷化镓晶体主流生长工艺包括 LEC 法、HB 法、VB 法以及 VGF 法等，其中Sumitomo 砷化镓单晶生产以 VB 法为主，Freiberger 以 VGF 和 LEC 法为主，而北京通美则以 VGF 法为主。目前国内涉及砷化镓衬底业务的公司较少，除北京通美外，广东先导先进材料股份有限公司等公司在生产 LED 的砷化镓衬底方面已具备一定规模。得益于下游应用市场需求持续旺盛，砷化镓衬底市场规模将持续扩大。
根据 Yole测算，2019 年全球折合二英寸砷化镓衬底市场销量约为 2,000 万片，预计到 2025 年全球折合二英寸砷化镓衬底市场销量将超过 3,500 万片；2019 年全球砷化镓衬底市场规模约为 2 亿美元，预计到 2025 年全球砷化镓衬底市场规模将达到 3.48 亿美元，2019-2025 年复合增长率 9.67%。
（3）砷化镓衬底下游应用情况
砷化镓是当前主流的化合物半导体材料之一，其应用可以分为三个阶段。第一阶段自 20 世纪 60 年代起，砷化镓衬底开始应用于 LED 及太阳能电池，并在随后 30 年里主要应用于航天领域。第二阶段自 20 世纪 90 年代起，随着移动设备的普及，砷化镓衬底开始用于生产移动设备的射频器件中。
第三阶段自 2010 年起，随着 LED 以及智能手机的普及，砷化镓衬底进入了规模化应用阶段，例如 2017 年，iPhone X 首次引入了 VCSEL 用于面容识别，生产 VCSEL 需要使用砷化镓衬底，砷化镓衬底应用场景再次拓宽。
2021 年，随着 Apple、Samsung、LG、TCL 等厂商加入 Mini LED 市场，砷化镓衬底的市场需求将迎来爆发性增长。目前，砷化镓衬底主要应用下游器件包括射频器件、激光器、LED，各器件需求情况分别如下：
1）射频器件
射频器件是实现信号发送和接收的关键器件，射频器件主要包括功率放大器、射频开关、滤波器、数模/模数转换器等器件，其中，功率放大器是放大射频信号的器件，其直接决定移动终端和基站的无线通信距离和信号质量。由于砷化镓具有高电子迁移率和高饱和电子速率的显著优势，因此砷化镓一直是制造射频功率放大器的主流衬底材料之一。
4G 时代起，4G 基站建设及智能手机持续普及，用于制造智能手机射频器件的砷化镓衬底需求量开始上升。进入 5G 时代之后，5G 通信对功率、频率、传输速度提出了更高的要求，使用砷化镓衬底制造的射频器件非常适合应用于长距离、长通信时间的高频电路中，因此，在 5G 时代的射频器件中，砷化镓的材料优势更加显著。
随着 5G 基站建设的大量铺开，将对砷化镓衬底的需求带来新的增长动力；与此同时，单部 5G 手机所使用的射频器件数量将较 4G 手机大幅增加，也将带来对砷化镓衬底需求的增长。伴随 5G 通信技术的快速发展与不断推广，5G 基站建设以及 5G 手机的推广将使砷化镓基射频器件稳步增长。
根据 Yole 预测，2025 年全球射频器件砷化镓衬底（折合二英寸）市场销量将超过 965.70 万片，2019-2025 年年均复合增长率为 6.32%。2025年全球射频器件砷化镓衬底市场规模将超过 9,800 万美元，2019-2025 年年均复合增长率为 5.03%。
2）LED
LED 是由化合物半导体（砷化镓、氮化镓等）组成的固体发光器件，可将电能转化为光能。不同材料制成的 LED 会发出不同波长、不同颜色的光，LED 按照发光颜色可分为单色 LED、全彩 LED 和白光 LED 等类型。LED 根据芯片尺寸可以区分为常规 LED、Mini LED、Micro LED 等类型，其中常规 LED 主要应用于通用照明、户外大显示屏等，Mini LED、Micro LED 应用于新一代显示。
随着 LED 照明普及率的不断提高，常规 LED 芯片及器件的价格不断走低。常规LED 芯片尺寸为毫米级别，对砷化镓衬底的技术要求相对较低，属于砷化镓衬底的低端需求市场，产品附加值较低，该等市场主要被境内砷化镓衬底企业占据，市场竞争激烈；而新一代显示所使用的 Mini LED 和 Micro LED 芯片尺寸为亚毫米和微米级别，对砷化镓衬底的技术要求很高，市场主要被全球第一梯队厂商所占据。
根据 Yole 预测，2019 年全球 LED 器件砷化镓衬底市场（折合二英寸）销量约为846.9 万片，预计到 2025 年全球 LED 器件砷化镓衬底（折合二英寸）市场销量将超过 1,300 万片，年复合增长率为 7.86%，增长较为平稳；2019 年全球 LED 器件砷化镓衬底市场规模约为 6,800 万美元，预计到 2025 年全球 LED 器件砷化镓衬底市场规模将超过 9,600 万美元，相较 2019 年将增加接近 3,000 万美元的市场规模。
目前基于 LED 的新一代显示包括 Mini LED 和 Micro LED 两种类型。Mini LED指使用次毫米发光二极管，即芯片尺寸介于 50-200μm 之间的 LED 器件作为背光源或者像素发光源的显示技术，作为液晶显示面板（LCD）背光源的 Mini LED 技术目前已逐步应用于高清电视、笔记本电脑、平板等电子产品领域，可大幅提升液晶显示面板的显示效果，当前 Mini LED 背光显示技术的规模化商业应用已具备产业条件；
使用 Mini LED 作为像素发光源的显示技术，其在显示亮度、色域、对比度、响应速度等方面更加出色，但由于其使用的灯珠数量远大于背光场景，因此其芯片用量远高于背光技术，当前成本较高，目前用于户外显示、4K/8K 大尺寸高清电视及显示屏。2021年为 Mini LED 大规模产业化元年，使用砷化镓衬底材料的 Mini LED 显示屏已正式应用于 2021 年版 iPad Pro 平板中。
Mini LED 显示技术大幅拓宽了 LED 显示技术的应用场景，为砷化镓衬底带来了很大的需求增长空间。Micro LED 指使用微米发光二极管，即芯片尺寸小于 50μm 的 LED 器件作为像素发光源的高密度 LED 阵列显示技术。除显示效果的进一步提升外，Micro LED 技术可解决 Mini LED 技术无法适用于小尺寸屏的局限性，未来可广泛应用于手机、平板、手表、AR/VR 设备、笔记本电脑、各尺寸高清电视等应用场景。
目前，由于 Micro LED芯片尺寸较小，制造及封测技术难度较高，其规模商业化需要产业链整体配套水平的提高，尚需一定时间。Micro LED 显示技术一旦实现产业化，其对砷化镓衬底的需求将有望呈几何级数增长。
根据 Yole 预测，Mini LED 及 Micro LED 器件砷化镓衬底的需求增长迅速，2025年全球 Mini LED 及 Micro LED 器件砷化镓衬底（折合二英寸）市场销量将从 2019年的 207.90 万片增长至 613.80 万片，年复合增长率为 19.77%；2019 年全球 Mini LED及 Micro LED 器件砷化镓衬底市场规模约为 1,700 万美元，预计到 2025 年全球砷化镓衬底市场规模将达到 7,000 万美元，年复合增长率为 26.60%。
3）激光器
激光器是使用受激辐射方式产生可见光或不可见光的一种器件，构造复杂，技术壁垒较高，是由大量光学材料和元器件组成的综合系统。利用砷化镓电子迁移率高、光电性能好的特点，使用砷化镓衬底制造的红外激光器、传感器具备高功率密度、低能耗、抗高温、高发光效率、高击穿电压等特点，可用于人工智能、无人驾驶等应用领域。
根据 Yole 预测，激光器是砷化镓衬底未来五年最大的应用增长点之一。预计到2025 年，全球激光器砷化镓衬底（折合二英寸）的市场销量将从 2019 年的 106.2 万片增长至 330.3 万片，年复合增长率为 20.82%；预计到 2025 年，全球激光器砷化镓衬底市场容量将达到 6,100 万美元，年复合增长率为 16.82%。
在具体应用方面，未来五年激光器砷化镓衬底的需求增长主要由 VCSEL 的需求拉动。VCSEL 是一种垂直于衬底面射出激光的半导体激光器，在应用场景中，常常在衬底多方向同时排列多个激光器，从而形成并行光源，用于面容识别和全身识别，目前已在智能手机中得到了广泛应用。
VCSEL 作为 3D 传感技术的基础传感器，随着 5G 通信技术和人工智能技术的发展，同时受益于物联网传感技术的广泛应用，VCSEL 的市场规模不断增长，特别是以 VCSEL 为发射源的 3D 立体照相机将会迎来高速发展期，3D 相机是一种能够记录立体信息并在图像中显示的照相机，可以记录物体纵向尺寸、纵向位置以及纵向移动轨迹等。
此外，VCSEL 作为 3D 传感器，在生物识别、智慧驾驶、机器人、智能家居、智慧电视、智能安防、3D 建模、人脸识别和 VR/AR 等新兴领域拥有广泛的应用前景。根据 Yole 预测，随着 3D 传感技术在各领域的深度应用，VCSEL 市场将持续快速发展，继而加大砷化镓衬底的需求。
2019 年，全球 VCSEL 器件砷化镓衬底（折合二英寸）销量约为 93.89 万片，预计到 2025 年将增长至 299.32 万片，年复合增长率达到 21.32%；2019 年全球 VCSEL 器件砷化镓衬底衬底市场规模约为 2,100 万美元，预计到 2025 年全球砷化镓衬底市场规模将超过 5,600 万美元，年复合增长率为 17.76%。
