AI算力新材料，「磷化銦」市場(chǎng)崛起

在科技飛速發(fā)展的當下，AI 技術(shù)如洶涌浪潮，席卷全球各個(gè)領(lǐng)域，成為推動(dòng)社會(huì )進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)變革的核心力量。而在 AI 產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背后，半導體材料作為關(guān)鍵支撐，正經(jīng)歷著(zhù)前所未有的變革與創(chuàng )新。其中，磷化銦材料以其獨特的性能優(yōu)勢，在 AI 產(chǎn)業(yè)中嶄露頭角，逐漸成為市場(chǎng)矚目的焦點(diǎn)。

什么是磷化銦？

銦，化學(xué)符號為 In，原子序數 49，屬于 ⅢA 族金屬元素。其質(zhì)地極為柔軟，呈銀白色并略帶淡藍色光澤，具有良好的延展性，熔點(diǎn)較低，沸點(diǎn)卻較高。銦在地球地殼中的含量相對稀少，且并無(wú)獨立的礦床，主要以雜質(zhì)形式存在于鋅、鉛等其他金屬礦中。

在半導體行業(yè)中，銦化合物—— 磷化銦（InP）屬于第二代半導體。磷化銦晶體具有閃鋅礦型結構，其熔點(diǎn)為 1070°C。多晶合成方法一般包含水平布里奇曼法和直接注入法，單晶制備主要采用垂直布里奇曼法（VB）、垂直溫度梯度凝固法（VGF）和液封直拉法（LEC），其中單晶生長(cháng)方法主要有高壓液封直拉法（HPLEC）及其改進(jìn)技術(shù)和溫度梯度凝固法。

憑借其卓越的電子遷移率、出色的耐輻射性能以及寬大的禁帶寬度，使得它成為制造高性能光電器件的理想選擇。這種材料制作的器件能夠有效地放大高頻或短波長(cháng)信號，為光電通訊領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變革。利用磷化銦芯片制造的衛星接收器和放大器，能夠在 100GHz 以上的超高頻率下穩定工作，且性能穩定可靠。相較于砷化鎵半導體材料，磷化銦的擊穿電場(chǎng)更高、熱導率更優(yōu)，同時(shí)電子遷移率也更為出色。

磷化銦（InP）作為光通信技術(shù)的關(guān)鍵材料，發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。InP 是一種直接帶隙材料，特別適用于制造吸收或發(fā)射光纖通信光譜中兩個(gè)關(guān)鍵波長(cháng)（即 1310nm 和 1550nm 波）的單一或集成器件。這兩個(gè)波長(cháng)分別是光纖通訊的兩個(gè)主要窗口，1310nm 波長(cháng)用于短距離局域通信網(wǎng)，而 1550nm 波長(cháng)則適用于長(cháng)距離高速率的光通信系統。

在光通信系統中，必需的 III-V 族三元合金（如 InGaAs 光電探測器）和四元合金等器件（如 InGaAsP 激光器）都工作在這個(gè)波長(cháng)范圍內，而 InP 單晶與這些合金具有晶格匹配性。因此，InP 成為生產(chǎn)光通訊中 InP 基激光二極管（LD）、發(fā)光二極管（LED）和光電探測器等核心器件的關(guān)鍵材料。這些器件共同實(shí)現了光纖通信中的信息發(fā)射、傳播、放大和接收等功能，奠定了當今高速互聯(lián)網(wǎng)的基礎。

比如，思科 400G 光模塊采用磷化銦 EML 激光器，應用于阿里云數據中心，單模塊每秒傳輸數據量達 400Gbps。思科 400G 光模塊采用磷化銦 EML 激光器，應用于阿里云數據中心，單模塊每秒傳輸數據量達 400Gbps。

此外，磷化銦哈子探測器領(lǐng)域應用廣泛。比如，Luminar Iris 激光雷達搭載磷化銦探測器，250 米距離可探測 10% 反射率目標（如黑色輪胎），應用于蔚來(lái) ET7、沃爾沃 XC90 等車(chē)型。恩智浦 UWB 芯片采用磷化銦工藝，實(shí)現厘米級定位精度，支持寶馬數字鑰匙無(wú)接觸進(jìn)入功能。中國「吉林一號」衛星的磷化銦紅外相機實(shí)現 10 米分辨率夜間成像，用于農業(yè)監測和災害應急。

AI 產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)硅光技術(shù)應用，推動(dòng)磷化銦市場(chǎng)爆發(fā)

英偉達在 gtc2025 大會(huì )上重磅發(fā)布新一代交換機 Quantum-X，這款產(chǎn)品主要面向 800G 和 1.6T 高速數據傳輸場(chǎng)景，采用先進(jìn)的硅光技術(shù)。硅光技術(shù)體系中，外置光源激光器是不可或缺的關(guān)鍵組件，而磷化銦正是制造高速光芯片的核心材料，其重要性不言而喻。

在市場(chǎng)表現方面，Coherent 公司的業(yè)績(jì)數據極具說(shuō)服力。2024 年四季度，該公司磷化銦相關(guān)業(yè)務(wù)實(shí)現了同比 2 倍的高速增長(cháng)。不僅如此，Coherent 還率先建立起全球首個(gè) 6 英寸磷化銦晶圓生產(chǎn)線(xiàn)，并制定了雄心勃勃的產(chǎn)能擴張計劃，預計在 2026 年前將產(chǎn)能提升至當前的 5 倍。

在全球范圍內，磷化銦襯底市場(chǎng)規?？焖僭鲩L(cháng)。受 AI 算力、數據中心和 6G 通信驅動(dòng)，Yole 預測全球 InP 襯底市場(chǎng)規模將從 2022 年的 30 億美元增至 2028 年的 64 億美元，年復合增長(cháng)率達 13.5%。這一增長(cháng)主要由光通信、5G 與衛星通信、新興技術(shù)等領(lǐng)域推動(dòng)。例如，100G/200G 光模塊需求激增，使得 InP 基激光器芯片成為主流選擇；高頻器件（如 HEMT、pHEMT）對 InP 襯底的需求也隨 5G 網(wǎng)絡(luò )建設而上升。此外，量子點(diǎn)激光器、硅光集成等前沿技術(shù)的商業(yè)化加速，進(jìn)一步擴大了市場(chǎng)需求。

在數據通信和人工智能應用場(chǎng)景中，基于磷化銦的外調制激光器和高功率連續波激光器發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用。它們推動(dòng)了適用于超大型數據中心和機器學(xué)習集群的收發(fā)器解決方案的快速落地。以相干收發(fā)器為例，這一高性能主力器件能夠跨越數千公里的距離，在單個(gè)波長(cháng)上實(shí)現高達每秒 800Gbps 的數據傳輸速率，充分滿(mǎn)足了 AI 時(shí)代海量數據高速傳輸的嚴苛要求。隨著(zhù)這些應用需求的持續井噴，晶圓廠(chǎng)亟需具備與之匹配的規模生產(chǎn)能力，而向 6 英寸晶圓尺寸的轉變無(wú)疑是實(shí)現這一目標的關(guān)鍵一步。

全球領(lǐng)先的半導體沉積設備供應商愛(ài)思強也宣布，其最新 G10-AsP 系統已交付荷蘭磷化銦（InP）代工企業(yè) SMART Photonics。該設備將顯著(zhù)提升 SMART Photonics 在 GaAs/InP 材料領(lǐng)域的大規模生產(chǎn)能力，助力其應對快速增長(cháng)的市場(chǎng)需求。

更大尺寸的磷化銦晶圓改變行業(yè)模式

經(jīng)濟高效、可靠、高速、可持續——除了這些顯著(zhù)優(yōu)勢之外，更大尺寸的磷化銦（InP）晶圓（比如 6 英寸產(chǎn)品）還帶來(lái)了一些重要益處，這些對半導體技術(shù)及其他領(lǐng)域的發(fā)展都至關(guān)重要。

更大的晶圓意味著(zhù)每個(gè)晶圓上可以制造更多的器件，這使得晶圓廠(chǎng)的整體生產(chǎn)能力得以提升，從而滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的市場(chǎng)（如人工智能互連、數據通信、電信、汽車(chē)、工業(yè)和消費電子等領(lǐng)域）對光器件迅速增長(cháng)的需求，進(jìn)而增強了競爭力和盈利能力。

向 6 英寸晶圓的轉變?yōu)樯a(chǎn)帶來(lái)了諸多優(yōu)化。Coherent 高意公司借助更高產(chǎn)能、更高效的自動(dòng)化加工工具，在不增加工廠(chǎng)占地面積的前提下，實(shí)現了晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能的大幅提升。同時(shí)，自動(dòng)化程度的提高有效降低了每個(gè)晶圓生產(chǎn)過(guò)程中的勞動(dòng)力成本。多重因素疊加，使得芯片成本降低幅度超過(guò) 60%，為半導體產(chǎn)品的大規模應用奠定了堅實(shí)的成本基礎。

更大的晶圓尺寸還提高了一致性，從而帶來(lái)更高的良率。同時(shí)，它還降低了諸如晶圓認證等活動(dòng)分攤到每個(gè)芯片上的間接成本。

未來(lái)，國內 InP 襯底市場(chǎng)將呈現國產(chǎn)加速與生態(tài)重構的趨勢。短期內，中低端 2-4 英寸 InP 襯底將實(shí)現全面國產(chǎn)化，價(jià)格下降 30%-50%；6 英寸襯底進(jìn)入小批量試產(chǎn)，半絕緣襯底良率提升至 60%。

長(cháng)期來(lái)看，6 英寸襯底將實(shí)現量產(chǎn)，半絕緣襯底市占率提升至 30%，切入 100G 以上光模塊市場(chǎng)。國內企業(yè)將從襯底向外延片、器件延伸，形成「材料-器件-應用」全產(chǎn)業(yè)鏈，在價(jià)格和服務(wù)上擠壓國際廠(chǎng)商份額，但技術(shù)壁壘仍需 5-10 年突破。

國產(chǎn)廠(chǎng)商也有布局

當前全球 InP 襯底市場(chǎng)高度集中，前三大廠(chǎng)商（日本住友電工、美國 AXT、法國 II-VI）占據 91% 的份額。日本住友電工采用 VB 法生產(chǎn) 4 英寸摻 Fe 半絕緣襯底，技術(shù)成熟且良率穩定；美國 AXT 憑借 VGF 法實(shí)現 6 英寸 InP 襯底量產(chǎn)，成本優(yōu)勢顯著(zhù)；法國 II-VI 則聚焦高端外延片，在光通信領(lǐng)域占據主導地位。好在國產(chǎn)廠(chǎng)商也在不斷突破。

國內替代進(jìn)程中，頭部企業(yè)加速技術(shù)攻關(guān)。如華芯晶電采用垂直梯度凝固法（VGF）突破 4 英寸 InP 襯底制備技術(shù)，產(chǎn)品良率達 70%，價(jià)格僅為進(jìn)口產(chǎn)品的 50%，已進(jìn)入蘋(píng)果供應鏈。其子公司立昂晶電通過(guò)優(yōu)化晶體生長(cháng)工藝，實(shí)現大尺寸、低位錯襯底量產(chǎn)，填補國內空白。

云南鍺業(yè)年產(chǎn) 15 萬(wàn)片 4 英寸 InP 襯底，良率提升至 70%，計劃擴產(chǎn)至 10 噸/年（全球第一），目標切入華為海思、Wolfspeed 等頭部供應鏈。有研新材則布局 InP 外延片技術(shù)，與國內光模塊廠(chǎng)商合作推進(jìn)國產(chǎn)化。

據了解，云南鍺業(yè)「6 英寸高品質(zhì)磷化銦單晶片產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究項目」已完成項目研究任務(wù)。其控股子公司云南鑫耀半導體材料有限公司化合物半導體材料產(chǎn)品砷化鎵晶片（襯底）、磷化銦晶片（襯底）均已批量生產(chǎn)，并已向國內外多家客戶(hù)供貨，磷化銦晶片產(chǎn)能為 15 萬(wàn)片/年（2-4 英寸）。

廣東平睿晶芯半導體有限公司投資控股的廣東平睿晶芯半導體科技產(chǎn)業(yè)園項目總投資 11 億元，用地約 100 畝，預計年產(chǎn) 30 萬(wàn)片磷化銦單晶襯底片，年銷(xiāo)售總收入預計超過(guò) 6 億元。

此外，國內生產(chǎn)磷化銦襯底的還有北京通美、珠海鼎泰等廠(chǎng)商。北京通美晶于 2022 年申報科創(chuàng )板。招股書(shū)顯示，北京通美核心團隊從事 III-V 族化合物半導體材料業(yè)務(wù)已逾 35 年，截至 2021 年 9 月 30 日，北京通美擁有發(fā)明專(zhuān)利共計 51 項，其中境內發(fā)明專(zhuān)利 42 項，境外發(fā)明專(zhuān)利 9 項，此外北京通美以 Know-How 方式保有眾多工藝及配方類(lèi)專(zhuān)有技術(shù)。珠海鼎泰芯源于 2017 年與中國科學(xué)院半導體研究所共同成立「化合物半導體晶體材料聯(lián)合實(shí)驗室」，推動(dòng)技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化。