外延设备市场规模及份额

外延设备市场分析

2025年外延设备市场规模达到57亿美元，预计到2030年将增至103亿美元，预测期内复合年增长率为12.56%。随着化合物半导体制造商扩大电动汽车电源模块、5G 基站前端芯片和高亮度 LED 背光的产能，需求增加。碳化硅和氮化镓衬底上的精密外延层现在决定了高功率和高频设备的性能，鼓励集成设备制造商将资本预算从传统硅工具中转移出来。美国《芯片法案》拨款超过 3 亿美元专门用于外延线，确认该工艺是主权优先事项。设备供应商以更大的晶圆反应器、更严格的过程控制软件和灵活的多材料室来应对，在降低产量的同时保持良率每个芯片的成本。然而，即使长期增长基本面保持不变，漫长的工具认证周期和前驱体价格波动仍会继续影响近期出货节奏。

全球外延设备市场趋势和见解

对高亮度 LED 的需求不断增加

高端显示器和汽车照明中 MicroLED 和 mini-LED 的采用导致三安光电等 LED 制造商预订多系统 MOCVD 订单，产能升级必须与 6 英寸和 8 英寸晶圆的较低缺陷密度相一致，从而保持 Veeco 的 Lumina 平台积压。 ^{[1]Compound Semiconductor 工作人员，“PlayNitride 选择 Veeco MOCVD 系统，”compoundemiconductor.net} 汽车日间行车灯和自适应光束前照灯也需要高她的光通量，反过来又推动了 GaN 层均匀性的外延规范。这些综合力量转化为每三到四年一次可预测的设备更换周期，巩固了中期出货轨迹。

电动汽车动力系统的快速电气化

汽车制造商迁移到 800 V 架构，加速了碳化硅 MOSFET 和二极管的采用，这需要在 ≥1,600 °C 的外延层生长。随着博世获得阿拉巴马州 SiC 生产线 2.25 亿美元的 CHIPS 法案拨款，东京电子的高温 CVD 工具预订量也随之增加。^{[2]美国商务部，“CHIPS 法案资助公告”，commerce.gov} 从 150 毫米到 200 毫米碳化硅衬底的转变迫使全球晶圆厂投资新工具和改造套件。由于电源模块成品率对微管密度和掺杂漂移非常敏感，因此开发制冰商仅在经过数月的工艺配方联合设计后才会授予采购订单，从而扩大了收入确认，同时建立了稳固的安装基础。

扩展 5G/6G 化合物半导体前端模块

氮化镓高电子迁移率晶体管在 3-8 GHz 5G 频段中的性能优于 LDMOS，促使基站 OEM 扩展 GaN-on-SiC外延线。由 Imec 领导的研究联盟验证了 140 GHz 6G 概念的 GaN 和磷化铟缩放，使大学和试验工厂工具保持活跃。^{[3]IEEE 作者，“MOCVD 反应器优化研究”，ieeexplore.ieee.org}供应商通过验证 GaN RF 开关来抑制热量并延长电池寿命，从而反映基础设施趋势。这些基础设施和消费者的推出相结合，扩大了中期内对优质外延系统的需求渠道。

治理SiC/GaN 产能建设的激励措施

美国芯片法案和欧洲芯片法案规定的公共资金涵盖了国内外延和衬底工厂的部分资本支出。 Coherent 赢得了 7900 万美元，用于在德克萨斯州扩大 SiC 外延，而 IntelliEPI 获得了 1030 万美元，用于军用级 MBE 研发。^{[4]U.S.商务部，“CHIPS 法案资助公告”，commerce.gov 补贴强制要求当地供应承诺，将近期订单向本土工具供应商倾斜，并加快新反应堆设计合格的交付时间。激励浪潮将五年的产能管道压缩为两年的窗口，造成了积压高峰，但也加剧了对熟练工艺工程师的竞争。}

与反应堆设计相关的复杂性

由于晶圆厂需要双材料或 300 毫米腔室，计算流体动力学模型必须协调层流气流与急剧的温度梯度，从而延长研发周期。因此，供应商集成了多区加热器、电动喷射器静压室和原位光谱椭圆偏振仪，从而增加了物料清单和软件验证成本。这些工程障碍推迟了收入

特种前体价格和供应波动

金属有机三甲基镓和三氯硅烷依赖于少数提纯厂；任何中断都会在一个月内影响 MOCVD 吞吐量。高纯度前驱体市场到 2024 年将以高复合年增长率增长，但仍集中在不到 10 家全球供应商中。供应冲击迫使 LED 晶圆厂闲置反应堆，降低利用率并延迟新工具的投资回报率。为了降低风险，设备制造商推动多源认证，延长采购周期并增加原材料缓冲，这些成本间接影响了设备投资。

细分市场分析

按技术：MOCVD 保持规模优势，RPCVD 激增

金属有机化学气相沉积占据 47.20%凭借在 LED 和 GaN 功率器件领域的稳固地位，2024 年外延设备市场份额设备。该部门的规模使得晶圆尺寸不断增加，而无需灾难性的重新设计，从而维持重复订单。不过，随着低温处理为易碎基材和更严格的界面控制打开了大门，远程等离子体 CVD 预计将实现 13.79% 的复合年增长率。到 2030 年，RPCVD 工具的外延设备市场规模预计将达到 14 亿美元。MBE 和氢化物气相外延仍然是利基市场，分别受到超纯异质结构和厚 GaN 衬底的青睐，而 HT-CVD 在厚度超过 20 µm 的 SiC 层中占主导地位。在所有平台上，供应商将多材料灵活性定位为对未来技术节点的对冲。

第二个竞争角度围绕先进的过程控制堆栈。一级晶圆厂越来越坚持闭环发射率校正高温测量和机器学习故障检测，这些功能最容易改装为 MOCVD 和 RPCVD 架构。因此，平均售价上涨得更快尽管入门级中国工具占据了 LED 细分市场，但其销量仍高于单位销量，从而缓冲了利润率。开放平台软件生态系统成为另一个差异化因素，使晶圆厂能够跨供应商硬​​件移植配方，从而缩短认证周期。

按应用：化合物半导体领先，宽带隙需求加速

在射频放大器、LiDAR VCSEL 和光子收发器的推动下，化合物半导体器件制造占据了 2024 年收入的 52.80%。然而，增长最快的是电动汽车逆变器和电信电源中使用的宽带隙材料，每年增长 13.99%。宽带隙应用的外延设备市场规模到 2025 年将达到 23 亿美元，到 2030 年可能会超过 46 亿美元。光子产品线，尤其是磷化铟 PIC，受益于超大规模数据中心光学器件，相干公司德克萨斯州工厂的 InP 产量翻了三倍就证明了这一点。 MEMS 代工厂虽然规模较小，但仍依赖定制外延用于压力传感器和射频滤波器的堆栈，开辟了稳定而专业的设备利基市场。

最终用例的多样性迫使设备制造商在同一晶圆厂占地面积内提供可在 SiC、GaN 和 InP 之间配置的模块化反应堆。这种适应性可以保护资本支出预算免受需求突然变化的影响。与此同时，工具供应商和化学品供应商之间的合作旨在共同优化前驱体流动动力学，改善薄膜化学计量并解锁新的器件架构，例如GaN垂直晶体管。

按晶圆尺寸：迁移到300毫米获得牵引力

直径小于或等于4英寸的晶圆仍然占单位的38.10%，因为大学和试验线依赖于小型基板来生产奇异化合物。尽管如此，在 microLED、GaN 功率 IC 和先进 RF 项目的推动下，12 英寸系统的复合年增长率最高为 15.39%。行项报价显示，单个 300 mm GaN MOCVD 反应器可替代三个 150 mm 工具、切割工具晶圆厂占地面积减少 30%。到 2030 年，分配给 12 英寸工具的外延设备市场规模可能会超过 28 亿美元。中间 6 英寸和 8 英寸节点充当 SiC 和 InP 的垫脚石，平衡良率风险与成本节约。

工程障碍围绕着中心到边缘的均匀性。供应商利用多区感受器加热器和旋转喷头来应对径向温度漂移。对现场计量的需求相应增加：实时 PL 映射和高温反馈现在是大多数 300 毫米安装的标准配置。这些功能缩短了配方开发时间，尽管标价较高，但仍增强了价值主张。

按材料划分：SiC 主导地位与 GaN 势头相遇

得益于汽车和可再生能源逆变器，碳化硅在 2024 年占据了 71.60% 的收入。然而，氮化镓工具收入每年增长 16.20%，预计到 2030 年将重塑出货结构。随着 GaN 功率 IC 的发展，外延设备市场份额可能会缩小电压等级从 650 V 提高到 1,200 V，需要更厚的外延层，因此需要更复杂的反应器。 III-V 砷化物和磷化物对于光电子学仍然至关重要，而 β-Ga2O₃ 的研究则吸引了针对 ≥3.3 kV 器件的资助原型工具。工艺配方存在明显差异：SiC 倾向于热壁石墨反应器和高硅烷分压，而 GaN 则依赖于冷壁金属有机流和氨超压，迫使 OEM 维持不同的产品线。

特定材料的补贴计划放大了这种分歧。美国和德国汽车 OEM 直接投资 SiC 生产线以确保牵引逆变器供应，而电信运营商则共同资助 GaN RF 产能。随着两个营地的规模扩大，计量包将氧气和碳污染水平微调到 1×10^5 cm^3 以下，这是无缺陷漂移区的必要条件。

地理分析

北美保留了 43到 2024 年，在德克萨斯州、亚利桑那州和纽约州北部密集的集群的支持下，收入份额将达到 0.70%。 《CHIPS 法案》的支出流向新建晶圆厂和棕地升级，从而稳定了对国内外延产能的长期需求。例如，相干公司的谢尔曼园区将 InP 器件产量增加了两倍，以满足 AI 光链路需求。政府合同中嵌入的本地采购规则使采购向本地供应商倾斜，从而在汇率波动削弱出口竞争力的情况下增强了订单渠道。

亚太地区是增长最快的地区，到 2030 年复合年增长率为 15.78%。华灿光电等中国 LED 企业积累的 MOCVD 安装基地已超过 2,500 个反应器，推动了单位销量的领先地位。与此同时，韩国存储器巨头投资了 CXL 光子学和 HBM 电力传输的复合半导体路线图，扩大了区域潜在市场。东京电子 2025 年第一季度净销售额攀升至 6545 亿日元，凸显了通过对上游工具供应商的影响。

欧洲专注于汽车电气化和弹性航空航天供应链。 《欧洲芯片法案》下的计划为德国和瑞典的 SiC 外延晶圆厂提供补贴，而法国的研究机构则为雷达和卫星有效载荷试点 200 毫米硅基氮化镓 (GaN-on-Si) 生产线。当地环境法规加快了低全球变暖潜能值工艺气体的采用，促使欧洲工厂指定升级的减排模块。尽管该地区在单位数量上落后，但在专为量子计算材料量身定制的高利润专业工具和研究级 MBE 系统方面表现出色。

竞争格局

现有供应商东京电子、爱思强和应用材料公司共同交付了 2024 年出货量的一半以上，反映中等浓度。每款产品都通过专​​有的淋浴喷头几何形状、多区域加热器来区分，以及将客户锁定在升级路径中的配方传输软件。平均售价弹性抵消了周期性销量下降，使毛利率保持在 40% 以上。与此同时，Veeco 对 300 mm GaN 平台的关注确保了在显示器和电源初创公司中的战略胜利，从而提高了高端市场的竞争强度。

新兴的中国制造商利用成本优势渗透第一代 LED 产品线，但难以满足 SiC 和高频 GaN 晶圆厂所需的均匀性规格。一些西方 IDM 实施出口管制审查，有效限制了 OECD 供应链之外的高温反应堆的采用。因此，市场进入者经常寻求与知名品牌建立合资企业，以获得工艺知识产权和客户信任。

技术路线图倾向于闭环机器学习分析，在产量受到影响之前预测粒子偏移。爱思强和应用材料公司试点与实时 chemilumi 相关的边缘人工智能模块新生信号表明存在晶圆级缺陷，有望将良率提升高达 3%。围绕等离子体源设计的知识产权诉讼偶尔会出现，这表明无形资产是一个核心战场。尽管存在这些小冲突，供应链弹性努力仍促使客户采用多供应商策略，维持健康的竞争，而不会引发破坏性的价格战。