镓锗出口管制的国产化机遇

吴新竹

近日，商务部决定对金属镓等镓相关物项以及金属锗等锗相关物项实施出口管制，自2023年8月1日起正式实施。2022年10月起，美国宣布实施芯片出口管制措施；2023年6月，荷兰宣布将进一步收紧光刻机出口政策，高端DUV光刻机自9月1日起将限制向中国出口。中国对镓、锗相关物项的出口管制被视为对外部围堵打压实施的反制，对维护全球供应链稳定具有正面作用。

中国对镓锗相关物项实施出口管制提振了国产半导体材料的信心，预计2023年三季度消费电子及上游芯片或迎来新一轮涨价，国产替代窗口期有望延长。镓和锗是制造第三代半导体的重要材料，主要应用于车载半导体领域；光芯片的主要材料是三五族的磷化铟和砷化镓，光芯片产线具有建设周期长、扩产慢的特点，人工智能的快速发展将持续拉动上游基础设施侧光模块及配套的光芯片需求，将给国内光芯片厂商带来市场拓展机遇。

战略价值引关注

对镓、锗相关物项实施出口管制是国际通行做法，世界上主要国家普遍对其实施管制。自2008年起，美国先后制定了相关政策文件。欧盟2008年第一次公布关键矿产资源清单之后，每3年进行一次例行更新；欧盟委员会在2023年3月份发布的《欧洲关键原材料法案》，已经将镓和锗列为战略性原料；镓和锗也均出现在美国地质调查局列出的《2022年关键矿物清单》中。

全球探明的金属镓储量约27.93万吨，中国拥有19万吨，美国的储量不及中国的四十分之一。从产量来看，哈萨克斯坦、匈牙利、乌克兰分别于2013年、2015年和2019年停止了镓的生产，中国镓产量在全球镓产量的占比持续提升。中国亦是全球最大的锗生产国，2021年全球原生锗产量约130吨，其中中国占比高达68%。

2021年，全球金属锗产量178吨左右，中国金属锗产量125吨，全球占比70.22%。锗金属资源主要来自含硫化物的铅、锌、铜等矿床与锗矿床、含锗煤矿。数据显示，全球已探明的8600吨锗储量中，中美两国所拥有的锗含量占86%，其中美国达到3870吨，中国紧随其后，探明储量为3500吨。中国是全球锗资源储量和消费大国，经过多年发展，锗产业链布局逐渐完善，锗加工企业主要集中在二氧化锗、四氯化锗、区熔锗锭等深加工环节。

推动本土产业链发展

2022年，中国原生镓产量约606吨，消费量约500吨，原生镓产量占据全球90%。镓化合物中，砷化镓为重要的第二代半导体材料，是目前生产量最大的化合物半导体材料之一，其主要被应用于LED、VECSEL、射频器件、光伏器件，其中LED和射频器件占据主要部分；氮化镓则以其宽禁带属性成为第三代半导电体的重要材料之一。在新能源汽车领域，镓和锗可以用来制造宽禁带半导体材料，用于新能源车的主逆变器、变压器、BMS等电子电气设备中，可以提高电池性能和充电效率。

镓被称为“半导体工业新粮食”，其化合物被广泛应用于光电子工业和微波通信工业，用于制造微波通讯与微波集成、红外光学与红外探测器件、集成电路、发光二极管等。锗则用于制造晶体管及各种电子装置，主要终端应用为光纤系统与红外线光学，也用于聚合反应的催化剂、制造电子器件与太阳能电力等。

随着LED以及智能手机的普及，砷化镓衬底实现规模化应用，2017年iPhone X首次引入了VCSEL用于面容识别，砷化镓衬底应用场景得以拓宽。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自2021年起快速增长，目前VCSEL已进入手机和汽车等大型消费市场。研究机构预计到2025年，由手机市场推动的砷化镓射频芯片市场规模将超过36亿美元。

锗金属在国防军工、航空航天测控、核物理探测、光纤通讯、红外光学、太阳能电池和生物医学等领域也有广泛而重要的应用，通常被加工成区熔锗锭、光纤级四氯化锗、红外锗单晶、太阳能光伏用锗衬底片等产品，广泛应用于光纤、红外、空间光伏、PET催化剂等多个高新技术和国防安全建设领域，红外、光纤和光伏领域锗应用量占比约为43%、28%和19%，半导体、LED、磁材、光伏等占镓消费量的80%以上。4N-5N 纯度的金属镓主要用于太阳能电池、气体传感器、稀土永磁材料等领域，6N及以上纯度的金属镓主要用于制造砷化镓、氮化镓等化合物半导体。

长城证券认为，中国对镓锗相关物项实施出口管制提振了半导体国产替代信心，有望加速第三代半导体的国产化。开源证券认为，出口管制将导致国际客户囤货订单增加，下游化合物材料需求将出现短期增长，进而驱动镓、锗相关物项价格上涨；中国对化合物半导体材料贸易管制或导致国际半导体企业新增订单交付周期拉长，有利于国产半导体企业及通信设备企业强化竞争优势，预计2023年三季度消费电子及上游芯片或迎来新一轮涨价，国产替代窗口期有望延长。

光芯片光模块或将受益

光芯片应用领域广泛，不仅是光通信应用场景，在手机人脸识别、激光雷达、工业激光、军工、LED等领域均有广泛应用。

从竞争格局来看，以光通信领域为例，当前中低端产品国产替代持续深入，高端光芯片仍由海外厂商主导。光芯片的主要材料是三五族的磷化铟、砷化镓，全球砷化镓衬底市场主要生产商包括Freiberger、Sumitomo和北京通美等。民生证券指出，从需求侧来看，当前AI领域快速发展有望显著拉动上游基础设施侧光模块及配套的光芯片需求，考虑到光芯片产线建设周期长、扩产周期慢，预计也将给国内光芯片厂商带来拓展机遇。

砷化镓光电二极管是一种基于砷化镓的半导体光传感器，广泛用于各种监测应用和高速光纤接收器。砷化镓光电二极管的市场主要面向烟雾探测器、光盘播放器、红外遥控设备等消费电子以及计算机断层造影的探测器、脉搏血氧计等医疗产品，研究机构预计2027年砷化镓光电二极管的市场规模将达到2687.9亿美元，2019-2027年年化平均增长率为4.23%。

镓锗出口管制的实施，有利于本土产业链的发展，也让国产替代的窗口延长。

衬底在光芯片原材料成本中的占比通常高于30%，对芯片品质影响最大，其供需将在较大程度影响光芯片制造厂商的生产成本。2025年，全球射频器件砷化镓衬底的销量折合二英寸将达965.70万片，规模达9800万美元，2019-2025年的年化增长率分别为6.32%和5.03%；2025年全球LED器件砷化镓衬底的销量将达到1333.80万片，规模达9600万美元，2019-2025年的年化增长率分别为7.86%和5.92%；2025年全球激光器砷化镓衬底的销量将达330.30万片，规模将达到6100万美元，年化增长率分别为20.82%和16.82%。

目前集成电路和功率器件用的大直径半绝缘砷化镓材料生产技术都掌握在头部衬底供应商手中，其他国产衬底厂商在大直径砷化镓生产方面与龙头企业仍存在技术差距。

国产厂商方面，立昂微子公司立昂东芯的年产12万片6英寸第二代半导体射频芯片项目自2016年开始投资建设，至2019年5月一期生产线已达到预定可使用状态。长光华芯已建成3寸和6寸半导体激光芯片量产线，构建了砷化镓和磷化铟两大材料体系，具备各类以该材料为衬底的半导体激光芯片的制造能力。三安光电2022年年底的砷化镓射频月产能为1.50万片，能够为客户提供HBT、pHEMT等先进工艺芯片代工服务。

砷化镓和磷化铟为光模块的上游，光芯片廠商的主要客户为中游光模块厂商以及下游设备厂商，目前高端光芯片产品对海外依赖程度较高，市场份额被 MACOM、Lumentum、II-VI、Broadcom、住友电工和三菱机电等国外厂商占据。

国内厂商在高端光芯片产业方面奋起追赶，源杰科技、海信宽带、长光华芯、仕佳光子、武汉敏芯、云岭光电等正在向国产替代加速迈进。市场对于800G光模块需求量快速上升，研究机构预计2024年800G光模块将超过400G光模块的销售额，市场容量达70亿美元。