随着上世纪70年代晶体生长技术飞跃发展，砷化镓（GaAs）作为第二代半导体材料出道即巅峰，并以其优异特性在近60年中长期保持竞争力——具体包括：最初作为一种直接带隙半导体（能够直接将电子跃迁产生的能量释放为光子），在太阳能电池中得到应用；还因其禁带宽度（约1.42eV）比硅宽，电子迁移率（8500cm²/V·s）远高于硅，还能抵抗高能粒子的辐射损伤，在空间、军事和高功率电子等广泛领域有突出表现；2010年随着LED以及智能手机的普及，再到2017年iPhoneX首次引入了VCSEL激光器（垂直腔面发射激光器）用于面容识别，砷化镓应用场景拓宽到消费电子市场，进入规模化应用阶段。

如今，正处于新能源替代传统能源的风口浪尖，技术革命的脚步也已经走到人工智能这扇门前，砷化镓还能继续站在先进前沿材料的队伍中迸发耀眼光芒吗？

一、激光器

激光器是光纤通信和光互连系统的核心组件。随着AI模型的复杂度和数据量的增加，传统电子互连在速度和能效上受到限制。利用激光器进行的光互连可以实现高速、低延迟的数据传输，极大地提高数据中心和AI处理单元之间的通信效率。在自动驾驶、机器人和智能家居中，激光器用于激光雷达系统（LiDAR），为AI系统提供高精度高分辨率的3D环境图像数据。

砷化镓的直接带隙特征决定了它在光电应用中的天然优势。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，也使其在人工智能、无人驾驶等应用中占据先机。具体可以参考以下收集的市场调研数据：

根据Yole预测，激光器是砷化镓衬底近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%。

2019-2025年全球激光器器件砷化镓衬底预计销量和市场规模

在具体应用方面，近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。

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%。

2019-2025年全球VCSEL器件砷化镓衬底预计销量和市场规模

二、通信照明

射频器件：由于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。5G时代对功率、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。伴随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。

2019-2025年全球射频器件砷化镓衬底预计销售量和市场规模

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%。

LED器件：其高效、低功耗、长寿命等优点，广泛应用于照明、显示、信号指示等领域。具体原理是当电流通过LED时，电子从半导体材料的导带跃迁到价带，与空穴复合，释放出能量以光子的形式，不同材料的半导体产生不同波长的光，从而形成不同颜色的LED，例如，红光LED通常由砷化镓（GaAs）制成，掺入磷形成砷磷化镓（GaAsP）则可发出橙光。此外，砷化镓在高效红外发射的应用中也稳如泰山，几乎不可替代。

2019-2025 年全球 LED 器件砷化镓衬底预计销量和市场规模

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，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 9600 万美元，相较 2019 年将增加接近 3000 万美元的市场规模。

小结

与磷化铟一样，砷化镓在半导体材料的分类中属于III-V 族化合物半导体材料，除了同样具备电子迁移率高、光电性能好的特点，而且就产业化角度，也是仅次于硅之外最成熟的半导体材料。目前，砷化镓的商业化制备主要路线是垂直梯度冻结法（Vertical Gradient Freeze），即VGF法——利用温度梯度和冷却控制，使熔化的砷和镓在垂直方向上逐渐结晶，形成单晶砷化镓，不仅能够生长出较大的单晶，而且晶体质量也满足绝大多数应用需求。

2021 年全球砷化镓衬底市场竞争格局

从市场格局来看，全球砷化镓衬底市场集中度较高，根据 Yole 统计，全球砷化镓衬底市场主要生产商包括 Freiberger、Sumitomo 和AXT，2021 年全球市场份额分别为 28%/21%/13%。整体来看，砷化镓衬底材料仍由海外供应商主导，国产替代空间巨大。

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