化合物半導體磊晶公司，全新(2455.TW)

來簡單理解一下，化合物半導體磊晶公司，全新(2455.TW)

全新光電係以MOCVD技術專業生產Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶片。化合物半導體磊晶之產品應用涵蓋無線通訊、光纖通訊、光感測與光顯示等市場產業，全新產品項目包括HBT、PHEMT、BiHEMT、 GaN on SiC HEMT、Laser Diode、PIN Diode及VCSEL等。

所謂半導體(semiconductor)就是導電性介於導體(conductor)與絕緣體兩極端值之間的材料，其特點在於可以適量加入不同的雜質以改變 材料特性(就是所謂的摻雜)，並經由熱與光的應用而得到重大改變。因Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體具備高工作頻率、低雜訊、抗天然輻射、能源使用率佳、能階帶可調整及電子移動速度快等優點，而發展為近年無線通訊、光纖通訊、太陽能電池及光顯示之關鍵組件，全新產品主要分微電子(Microelectronics)及光電子(Photonics)。

微電子(Microelectronics)：全新微電子產品主要應用於無線通訊RF領域。

a. HBT(異質接面雙載子電晶體)

HBT因物理特性具備高線性度、良好寬頻響應、高崩潰電壓、高增益、高效率、較低寄生效應、無需負偏壓設計、低相位雜訊等優點，致使其功能顯現具有功率放大倍率佳、待機耗電流較低、體積小等特色，故在符合行動電話產品發展趨勢下，HBT已逐漸成為市場上手機及無線區域網路(WLAN, Wireless Local Area Network)用PA(Power Amplifier, 功率放大器)之主流技術，尤其未來5G手機PA必須同時滿足envelop-tracking mode(ET)高飽和效率(Saturated Efficiency)及 average-power tracking mode(APT)高線性度效率 (Linearity Efficiency)，透過HBT材料結構的精進提高增益(Gain)及功率(Power Output)，在5G世代持續不可或缺、無可取代。 PA 材料趨勢可知，主要材料仍以HBT為大宗 。

b. PHEMT(假晶高速電子移動電晶體)

PHEMT因為InGaAs的加入， 特別適用於RF Switch的應用使得它在電腦與電腦間的無線區域網路、固網長途無線傳輸的無線本地迴路(Wireless Local Loop， WLL)，乃至於光纖通訊、衛星通訊、點對點微波通訊、衛星直播、有線電視、數位電視應用、Automobile radar及汽車防撞系統等應用，都有相當大的成長空間。惟PHEMT在Switch之應用漸受SOI技術之影響，不再為Switch使用材料之唯一選擇，另一方面手機規格往4G 、5G發展，在LNA(Low Noise Amplifier)的特性要求上對低雜訊(Noise)的要求更高，PHEMT因電子移動速率(Mobility)較高，較易達成低雜訊之要求，另一方面，GaAs PHEMT能滿足更嚴格線性度(Linearity)要求且在元件的設計上可做到體積較小，是Silicon材料外在LNA應用之另一選項，目前已有客戶採用PHEMT為GPS LNA之材料，此外 PHEMT為基地台功率放大器及WiFi之Switch及LNA之材料，亦有配合不同之客戶做此類之產品開發與量產之規劃。

c. BiHEMT(異質接面雙載子暨假晶高速電子移動電晶體)

經由電路設計透過磊晶成長及製程將InGaP HBT線性功率放大器、AlGaAs PHEMT高頻開關、AlGaAs PHEMT邏輯控制電路、AlGaAs PHEMT低雜訊的功率放大器、被動元件及內部連接線路整合在單一砷化鎵晶片中。由於可以提高晶片整合度，降低晶片尺寸，使得材料與製造成本下降，除了模組的尺寸縮小之外，其封裝成本更低，因此大大地降低了材料成本，且由於其內部元件都屬砷化鎵基的元件，因此可以節省一些偏壓及控制電路， 使其更為省電。BiHEMT的結構也提供電路設計者更大的設計彈性，其內部每個單元可以選擇不同的元件結構以達到更佳的特性。例如在單一AlGaAs PHEMT結構的晶片上，是使用蕭特基二極體(Schottky diode)當作靜電傷害保護二極體(electrostatic damage protection diode)，其缺點是佔用的面積太大， 然而在BiHEMT結構中，HBT的基極-集極二極體(B-C diode)可以用作PHEMT開關的靜電傷害保護二極體 以解決了蕭特基二極體佔用的面積太大的問題。

上述三項產品係射頻前端模組RF Front-End Module(RF FEM)中功率放大器(PA，Power Amplifier)、射频開關(Switch)、低雜訊放大器(LNA，Low Noise Amplifier)之主要材料，根據Yole之預測，展望未來微電子主要成長動能來自於5G手機及WiFi6之滲透率之提高，5G頻譜中 sub-6GHz (Ultra High Band, UHB)對應 n77, n78, n79,這些新增頻段須要額外的PA，約較傳統4G手機增加20%-30%之GaAs材料使用，據Trendforce之預測，5G手機滲透率將在2021年有近40%滲透率。隨著5G導入，不但增添了RF Front-End Module架構的複雜性(若干4G RF受5G RF影響)，也進而推動了RF Front-End Module新技術與市場規模的發展。

 d. GaN on SiC

GaN on SiC由於高電流和高電壓材料特性，因此GaN PA產品在功率密度、頻寬、 增益、可靠性、線性度、元件尺寸小和耐高溫方面特性優異，例如可以承受200V以上的擊穿電壓和200度的高溫，在5G基地台及Small Cell PA領域具有優勢，是全新近期積極投入研發送樣產品。毫米波很容易被牆壁，樹葉和人體本身等障礙物阻擋，導致訊號穿透性差，這項缺點將透過Small Cell之建置達到訊號傳輸無縫接軌之目標。依據Yole之預測，RF GaN2019-2025 年之成長率為 21%，其中無線通訊基礎建設(基地台及Small Cell)市場規模由2019 年之3.18億美元成長為2025年之7.31億美元。

光電子（Photonics）：

光電子元件係利用半導體光能及電能可相互轉換之特性，光纖是目前已知傳輸介質中速度最快的，具備通信容量大、傳輸距離遠、抗電磁干擾、傳輸損耗低、信號串擾小、 重量輕、保密性佳等優點，是光速傳輸的最佳選擇，光通訊之運作原理為影音或數據訊號傳輸前先經解碼調變(modulation)，由電訊號經由光發射器(Transmitter)轉為光訊號 於光纖網路中傳輸，經由光接收器(Receiver) 將光訊號還原為電訊號，再次調變後即能重現原來的影音或數據，完成光通訊收發程序，光通訊應用領域主要在電信基地台、光纖網路及數據中心(Data Center) ，依據研究機構 P&S Intelligence之預測，光通訊市場產值之CAGR7.6%，2024年將達400.3億美元。

光電子元件主要包括下列產品，相關產業規模及成長性如下：

a.Photo Detector(PD)

全新之PD及雪崩光電二極體APD用於光纖通訊之光探測器，波長範圍視應用領域不同可從 650nm~1700nm、EPON、GPON、GEPON皆適用，PD基本操作原理為(1)光射入半導體材料而生成電洞對，(2)電洞對不斷增益與傳輸而產生電流，(3)電流與內部的電子電 路交互作用而產生輸出訊號，對特性上通常在操作波長須具備高靈敏度、高響應速度、高可靠度及低雜訊等要求，APD則是在PIN的基礎上採用雪崩倍增效應，將接收到的光電流放大，提升探測零敏度。 全新之 PD及雪崩光電二極體APD光檢測器已量產多年，技術卓越客戶基礎穩定， 隨著4G及5G基地台、光纖網路及數據中心(Data Center)之建置而成長。

b.Laser Diode(LD)

主要為用於Transmitter端之波長1270 nm、1310nm & 1550nm Laser Diode，採小發散角 (far field angle)設計，可提高功率(power)，降低客戶端lens及封裝成本，提升良率，屬客戶期待之新穎突破，通過客戶驗證後，已有營收貢獻。 FP型雷射採雙異質結構，活性層自成一波導層，當電子電洞於此結合並發光時，會在兩側的鏡面內產生共振，形成回饋放大而產生雷射光，但因雷射共振腔長度遠大於光的波長， 最後將同時允許數個模態同時存在，然而雷射以多模輸出時，經長距離傳輸後會因色散效應而導致訊號變形失真，形成FP型雷射在應用領域上僅適用於中距離高速傳輸之侷限性，如FP型雷射適於EPON，DFB型雷射則適用於GPON。 DFB型雷射係設計位於FP型雷射增益區上方的光柵區，以選擇特定的波長產生回饋， 形成穩定的單模輸出，以有效降低光在高速傳輸過程中因色散效應而導致之訊號變形，仍可維持一定的訊號雜訊比，同時藉由較佳的光柵設計，提供較佳的光耦合及較低的臨限電流密 度。 PD及LD多為InP材料，其使用 Telcom及Datacom領域。

c. VCSEL

VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers,垂直腔體表面放射雷射)係由Iga et al於1977年在日本東京工學院提出，由於鏡面設計和長晶、增益架構及電場與光侷限製造技術 的進步，使 VCSEL 的應用更具可行性與商業價值。 VCSEL是光通訊的光源之一，也是雷射的一種，不同於傳統雷射於側面發光，VCSEL雷射諧振腔位於磊晶層之間，光束從磊晶層的垂直面發射，主要由量子井構成的諧振腔和上下兩組高反射多層膜組成，此兩組高反射多層膜即為布拉格反射器(DBR)，DBR係由兩 種不同折射指數的材料經重覆堆疊並準確控制厚度為中心波長的四分之一，使光波在中心產生建設性干涉以達最大反射係數，進而發出單一縱模的雷射光。VCSEL於手機上應用及車用Lidar是產值最大的兩項應用領域，如手機3D Sensing，Lidar。

全新，是一家化合物半導體磊晶公司，近5年(至2020年)ROE為19%，19%，15%，14%，15%。近5年毛利率為42%，41%，38%，35%，37%。資產負債率為33%，35%，36%，15%，15%。2020年銷售區域以台灣佔47.36%，美國佔40.62%，其它佔10.02%。

生產一顆砷化鎵 IC，製程依序是拉晶(基板製造)，其次是磊晶，再其次就進入IC生產的流程，最後是封裝與測試。如此，就完成一個化合物半導體IC。 化合物半導體與元素(矽)半導體最大的不同點，就在於化合物半導體的磊晶過程比較複雜，所以才形成了單獨的磊晶事業，而矽的磊晶步驟則多在晶圓廠中進行。磊晶會因產品之用途不同，於砷化鎵晶圓片上面放上一些特定的材料，例如：AlGaAs、 InGaP等，以材料掺雜、結構調整等方式達到客戶端對元件電性特性之要求，由於元件特性多半於磊晶階段決定，因此磊晶是供應鏈中相當重要的一環攸關客戶端產品良率、特性與品質。在化合物半導體中，目前最廣泛應用在通訊產品上的就是砷化鎵(GaAs)材料。

競爭情形

全新主要微電子元件產品為異質接面雙載子電晶體(HBT)磊晶片，在國外競爭者主要為英商IQE(2013年1月IQE取得Kopin之MOCVD磊晶部門)及日商Hitachi Cable； 國內主要競爭者為台灣高平(原為美商Kopin之台灣子公司，亦隨IQE之購併交易併入IQE旗下)。 全新光電子產品採用 MOCVD機台製作磊晶層，在國外競爭者主要為英商IQE；國內主要競爭者為聯亞光電。

市場佔有率

全新營收主要來自於GaAs epi-wafer，為無線通訊關鍵元件以及VCSEL用於消費性與車用光感 測之上游主要材料。全新因技術卓越、品質穩定、價格具競爭優勢而逐年提高市場佔有率，據市場專業研究機構Yole之統計，全新之2019年在GaAs磊晶市場之市佔率約為26%，僅次於英國之同 IQE之53% 。

磊晶由於必須完全依客戶指定之結構，摻雜濃度符合其要求之均勻性、 再現性及電性特性之磊晶片，技術難度極高，且客戶於認證潛在供應商時，除時間、金錢之投入外，尚須佔用其正常產能，負擔其極機密結構可能外洩之風險， 因此認證一家潛在供應商之成本極高，一旦擁有 2~3 家品質、交期、量產能力符 合要求之供應商，再繼續投入大量成本、時間、人力認證其他供應商之機率甚低， 客戶極高的轉換成本，形成產業進入障礙，對已進入者則形成先佔優勢。