电子行业深度报告：下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期.pdf

东方证券股份有限公司经相关主管机关核准具备证券投资咨询业务资格，据此开展发布证券研究报告业务。 东方证券股份有限公司及其关联机构在法律许可的范围内正在或将要与本研究报告所分析的企业发展业务关系。因此，投资者应当考虑到本公司可能存在对报告的客观性产生影响的利益冲突，不应视本证券研究报告为作出投资决策的唯一因素。 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 深度报告 【行业 证券研究报告】 电子行业 下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期 核心观点 突破 Si 的瓶颈， 化合物半导体优势显著： Si 是应用最 广泛的半导体材料 ，但无法突破高温、高功率、高频等瓶颈。 二元系化合物半导体材料GaAs/GaN/SiC 具备高功率密度、低能耗、抗高温、高发光效率等特性， 能弥补 Si 材料的不足， 在射频、功率器件、光电子及国防军工等应用领域优势显著。 受益射频和光电子需求旺盛， GaAs 有望保持持续高增长 ： 射频端， 5G 手机需要更多的 PA， 有望从 4G 手机的 7 个增长到 10 个， 而且 5G 高频时代，相比 Si CMOS PA， GaAs PA 在输出功率、工作频率等方面的性能 更优，渗透率 将会持续提升。 此外，手机 WIFI PA 和路由器 WIFI PA 对 GaAs需求也有望保持快速增长。光电子端， 3D 深度相机 VCSEL 激光器 打开了GaAs 新的增长领域， 17 年苹果率先在 iPhone X 前置结构光摄像头 上采用，并在今年 iPad Pro 的后置 ToF 摄像头上采用，其他厂商有望跟进 。 根据中国产业信息的报告， 全球 GaAs 产值有望从 2018 年的 89 亿美元，增长到2023 年的 143 亿美元， 19-23 年 CAGR 为 10%。 GaN： 5G 射频 关键的材料，射频 /电力电子领域优势显著 。 GaN 器件适合高频、高功率、低压应用领域，广泛应用于 5G 基站、雷达等微波射频领域、以及快充领域。 全球主要国家都已开启 5G 商用， 5G 宏 基站建设正处于放量阶段，以中国为例，国内 5G 宏基站建设预计于 2023 年左右达到高峰，年新增 5G 宏基站 115 万个以上，此外 GaN 的军用雷达升级需求也在快速放量。根据 Qorvo 的预测，全球 GaN 射频器件市场规模将从 2018 年的 4.3亿美元 增长到 2022 年的 19.1 亿美元， CAGR 约 45%。 19 年， OPPO 首推 GaN 充电器 ，随后小米、华为等厂商先后加入， 根据 Yole， 如果苹果等厂商跟进， 全球 手机快充用 GaN 功率半导体市场规模 在 2024 年 有望 超过7.5 亿美元 ，算上在其他消费电子、数据中心等潜在市场的应用，市场空间有望更大。 SiC：高压功率半导体关键材料，受益于新能源汽车快速增长 。 SiC 在 600V的功率器件 具有优势，相比 Si 基器件 ， SiC 功率半导体 具备 轻量化 、 高效率 、耐高温等特性， 而且 可以有效 降低新能源汽车系统成本 。新能源车 及 充电桩 快速放量， SiC 充分受益。 根据 Yole 的预测，全球电动汽车和充电桩SiC 功率器件市场规模将从 2018 年的 0.65 亿美元增长至 2023 年的 4.4 亿美元， CAGR 为 46%。除此之外，轨道交通、供电、电机驱动等领域也将保持较快的增速。总体来看，全球 SiC 功率器件市场规模将从 2018 年的3.7 亿美元增长至 2023 年的近 14 亿美元， CAGR 超过 30%。 投资建议与投资标的 建议关注领先布局化合物半导体材料的三安光电 、 扬 杰 科技 、华润微 。 风险提示 市场需求不及预期；核心技术研发不及预期 Table_BaseInfo 行业评级 看好 中性 看淡 (维持 ) 国家 /地区 中国 行业 电子行业 报告发布日期 2020 年 06 月 30 日 行业表现 资料来源： WIND、东方证券研究所 证券分析师 蒯剑 021-63325888*8514 kuaijianorientsec 执业证书编号： S0860514050005 证券分析师 马天翼 021-63325888*6115 matianyiorientsec 执业证书编号： S0860518090001 联系人 唐权喜 021-63325888*6086 tangquanxiorientsec 相关报告 VR/AR 迎高速发展机遇： 2020-06-22 智能手表持续创新，销量快速增长： 2020-06-21 LCD 面板价格见底，柔性 OLED 前景可期： 2020-06-08 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分， 或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期 2 目 录 1. 化合物半导体性能优势显著，有望迎来快速渗透 . 5 1.1 GaAs/GaN/SiC 优势显著，应用领域定位不同 . 5 1.2 技术成熟 &成本下降， SiC/GaN 有望加速渗透 . 6 2 GaAs：射频和光电子需求旺盛，有望保持高增长 . 8 2.1 GaAs PA 为主流技术，受益于 5G 等行业趋势 . 9 2.2 3D 深度相机商用全面开启， GaAs 光电子未来可期 . 11 3. GaN： 5G 关键器件，射频 /电力电子领域优势显著 . 13 3.1 GaN：适合高频、高功率、低压应用领域 . 13 3.2 射频需求旺盛 &快充快速起量， GaN 未来前景广阔 . 14 4. SiC：高压功率半导体关键器件，受益于新能源汽车快速增长 . 20 4.1 SiC：主要应用于高电压功率半导体领域 . 20 4.2 新能源汽车及充电桩数量快速增长， SiC 器件需求旺盛 . 21 5. 投资建议 . 25 风险提示 . 25 附录 . 26 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分， 或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期 3 图表目录 图 1： GaAs/GaN 天线能具备尺寸小 /低功耗 /低成本等优势 . 5 图 2： GaN 和 SiC 代工价格较高（美元） . 5 图 3：不同化合物半导体适应的工作频率和输出功率不同 . 6 图 4： GaAs、 SiC、 GaN 优势应用领域不同 . 6 图 5： SiC/GaN 技术稳步提升 . 6 图 6： 2017-2019 年各厂家在售的 SiC/GaN 产品数量（款） . 7 图 7： 2018-2019 年 650V 晶体管器件平均价格（元 /A） . 7 图 8： 2017-2019 年 RF GaN HEMT 平均价格（元 /W） . 7 图 9： SiC/GaN 在电力电子领域的渗透率情况 . 8 图 10： 2017-2023 年 GaN 射频器件需求量预测（百万个） . 8 图 11： GaAs 下游应用领域 . 8 图 12： GaAs 射频器件应用 . 8 图 13： 16-23 年全球 GaAs 产值及预测 . 9 图 14： 5G 渗透率快速提 升 . 9 图 15：三大运营商 5G 用户（截止 20.3）和 5G 入网许可手机数（截止 20.4） . 9 图 16： 5G 手机 PA 数量显著增加（个） . 10 图 17： 17-23 年手机端功率放弃材料占比及预测 . 10 图 18： GaAs RF 市场（等价 6 寸晶圆）（万片） . 11 图 19： GaAs 材料主要应用于制作红光及红外器件 . 11 图 20： iPhone X 开启了 3D 深度相机的大门 . 12 图 21： 16-23 年含有 3D 深度相机手机出货量及预测（百万部） . 12 图 22： 17-23 年光电子领域用 GaAs 衬底出货量及市场规模 . 12 图 23： 17-27 年 GaAs 工业演变过程：从手机到汽车 . 13 图 24： GaN 下游主要应用 . 错误 !未定义书签。 图 25：国内 GaN 下游应用份额分布（ 2017 年） . 错误 !未定义书签。 图 26：目前 GaN 功率器件主要应用在 200-600V 的低压领域 . 14 图 27： GaAs、 LDMOS、 GaN 用于不同的基站 . 15 图 28： GaN 在整个射频市场中的占比将持续提升 . 15 图 29： 5G 所用频率远高于 4G . 15 图 30： 5G 基站功率较 4G 基站提升了 68% . 15 图 31： GaN 能更好适应 5G 宏基站建设 . 16 图 32： GaN 封装尺寸可做到 LDMOS 的约 1/7 . 16 图 33：全球主要国家开启 5G 商用， 5G 基站建设加速 . 16 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分， 或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期 4 图 34：国内 5G 宏基站新增预测 . 17 图 35： 5G 宏基站 PA 数量增长迅速， GaN 占比不断提升 . 17 图 36：现有雷达系统向基于 GaN 的 AESA 雷达系统升级 . 17 图 37： 17-22 GaN 射频器件市场规模预测（亿美元） . 18 图 38： GaN 相较于硅器件，可同时实现高频率高效率 . 19 图 39： GaN 可集成外围驱动，缩小体积 . 19 图 40： OPPO GaN 65W 充电器产品 . 19 图 41： ANKER 在 CES 展上推出的 GaN 充电器 . 19 图 42：高功率快充需求推动 GaN 功率半导体市场规模快速提升 . 20 图 43： SiC 功率半导体发展历程 . 20 图 44： SiC 与 Si 相比具有诸多优势 . 21 图 45： SiC 器件能在汽车、工业、 IT 及消费电子多个领域中替代 Si 器件 . 21 图 46： DC/AC 逆变器应用 SiC 模块能显著降低重量和体积 . 22 图 47： SiC DC/DC 转换器高频和功率密度高的特性有助于器件实现轻量化 . 22 图 48： SiC DC/DC 转换器同功率下具有更高的效率 . 22 图 49：特斯拉 Model 3 中的 SiC 器件 . 23 图 50： SiC 功率器件节约系统成本 (美元 ) . 23 图 51：新能源汽车中功率半导体价值量大幅提升 . 23 图 52：可持续发展情境下新能源汽车保有量预测 . 23 图 53：我国充电设施仍是短板 . 24 图 54：充电桩建设不断加速 . 24 图 55： 2019-2023 年 SiC 功率器件市场规模预测（单位：百万美元） . 24 图 56：化合物半导体材料特性优势显著 . 26 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分， 或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期 5 1. 化合物半导体 性能 优势显著 ，有望迎来快速渗透 1.1 GaAs/GaN/SiC 优势显著，应用领域定位不同 常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等，以硅、锗应用最广。化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。二元系化合物半导体有 -族（如砷化镓、磷化镓、 碳化硅 等） 。 硅（ Si）是 较 早且也是 应用最为广泛 的半导体材料。最早半导体晶体管采用的是锗 （ Ge） 基材料，但是由于 Ge 储量少、提纯难度大等原因，逐步被 Si 所替代。 Si 因为储量丰富、技术成熟、成本低等特点，成为应用最广的半导体材料，目前广泛被应用在 各类分立器件和集成电路、电子信息网络工 程等领域 ，但是在高频、高温、高压、光学 等应用领域 ， 二元系化合物半导体材料 则更具优势 。 二元系化合物半导体材料 GaAs/GaN/SiC 具备高 功率密度 、 低能耗 、抗高温 、高发光效率 等特性，在 射频、功率器件 、光电子及国防军工 等 应用领域 优势显著 。 GaAs 是 较为 重要、技术成熟度最高的化合物半导体材料之一。 相比 Si， GaAs 材料具备禁带宽度大、电子迁移率高的特性， 能显著降低射频尺寸、降低功耗，也具备成本优势。 相比于 GaN 和 SiC等新兴的 二元系化合物半导体 材料， GaAs 技术成熟，具备较为明显的成本优势。 GaAs 广泛应用在射频和光电子领域。 GaN 作为一种宽禁带半导体，因具有高功率密度、能耗低、适合高频率、支持更宽带宽等特点 ，主要 用于微波射频、电力电子和光电子 等 领域。微波射频 方向主要为 5G 通信和 卫星通讯等应用 ；电力电子 包括消费电子快充、新能源汽车等应用； 光电子方向主要为 LED 等领域 。 目前 GaN 技术仍在快速发展阶段，成本相对较高。 SiC 有较高的载流子迁移率，能够提供较高的电流密度，且耐高温、耐高压，因此常被用来做功率器件。 SiC 在电压 600V 及以上的高功率领域具有优势 。 与 GaN 类似， SiC 技术也在快速发展阶段，成本相对较高。 图 1： GaAs/GaN 天线能具备尺寸小 /低功耗 /低成本等优势 图 2： GaN 和 SiC 代工价格较高（美元） 数据来源： Qorvo、 东方证券研究所 数据来源： 互联网、 东方证券研究所 01,0002,0003,0004,0005,0006,0007,0002寸 GaN 4寸 SiC 6寸 GaAs 8寸 Si有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分， 或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期 6 GaAs/GaN/SiC 应用领域不同 。 GaAs 是 当前应用最广泛 的射频 材料，被广泛应用在射频、无线通信以及特种应用上。 GaAs 应用的工作频率主要在 8G Hz 以内 ，适合中低功率器件，例如微基站和手机射频材料。而高功率射频方向， GaN 具备明显优势，是 5G 宏基站的 必备 材料，此外， GaN作为快充材料，能显著降低充电器尺寸，并降低功耗 ，目前在手机快充中快速渗透。 SiC 是功率器件的理想材料，尤其在耐高压方面（ 600V），性能优势显著， 广泛应用于新能源汽车、电力设备等领域。 图 3： 不同化合物半导体适应的工作频率和输出功率不同 图 4： GaAs、 SiC、 GaN 优势应用领域 不同 GaAs、 SiC、 GaN 优势应用领域 功率器件 Si 基 GaN 高频、中低压 SiC 高压、高功率 0-300V Si 300V-600V GaN 600V SiC 射频器件 中低功率 GaAs； 高功率 SiC 基 GaN 光电子 红光 、红外光 GaAs 蓝光 /绿光 GaN 数据来源： 英飞凌、 东方证券研究所 数据来源： 互联网、 东方证券研究所 整理 1.2 技术成熟 &成本下降， SiC/GaN 有望加速渗透 SiC/GaN 技术 稳步 提升，产品供应迅速上量。 衬底及外延方面， 6 英寸 SiC 产品已实现量产，并已完成 8 英寸衬底的研发； SiC 基 GaN 外延材料 4 英寸与 6 英寸共存， Si 基 GaN 外延主流尺寸为 6 英寸，未来 6 英寸的 SiC 基 GaN 和 8 英寸的 Si 基 GaN 为主要发展趋势。 根据 CASA 报告显示， 2019 年各厂家在售的各类 SiC/GaN 产品 种类 较 2017 年增加了 6 成，仅2019 年就新增了 321 款新品。 SiC 电力电子器件已覆盖大部分应用需求，功率模块新品推出加速，2019 年推出模块新品数量占新品总数一半以上； GaN 功率器件性能逐步提升，射频器件供应上量。 图 5： SiC/GaN 技术稳步提升 材料 产品 技术进展 SiC 衬底 /外延 6 英寸 SiC 材料 已 商业化，科锐首批 8 英寸 SiC 衬底制样完成，预计 2022 年实现量产 器件 /模块 SiC 电力电子器件已覆盖大部分应用 ， 2019 年各厂商新推出数款车规级产品。 SiC 功率模块实现最高工作电压 3300V，器件性能实现突破，高性能新品推出加速 。 GaN 衬底 /外延 SiC 基 GaN 外延材料实现 4 英寸与 6 英寸共存，并逐步向 6 英寸 过渡 。 Si 基 GaN 外延主流尺寸为 6英寸，但由于 Si 衬底成本 较 低，未来 8 英寸 Si 基 GaN 的材料外延技术将成为主要发展趋势 器件 /模块 Si 基 GaN 电力电子器件室温下电流达到 150A，垂直型 GaN SBD/垂直型 GaN p-n 二极管等多种器件电压有所提升。各厂商推出的 GaN 射频器件支持多个频段，功率效率大大提升 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分， 或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期 7 数据来源： CASA Research、东方证券研究所 图 6： 2017-2019 年各厂家在售的 SiC/GaN 产品数量（款） 数据来源： Mouser、 CASA Research、东方证券研究所 SiC/GaN 器件价格持续下滑 。 总体来看，目前 SiC/GaN 器件 成本还是远高于 Si 产品，但 随着技术的进步 ， 产品良率的提升，规模效应的增强， SiC/GaN 器件价格持续下滑。 功率产品方面， 以650V SiC MOSFET 为例，其产品价格从 2018 年中的 3.44 元 /A 下降到 2019 年年底的 2.24 元 /A。射频产品方面 ， RF GaN HEMT 近期降价更是显著 ， 2019 年底平均价格较 2018 年降幅近 23%。 图 7： 2018-2019 年 650V 晶体管器件平均价格（元 /A） 图 8： 2017-2019 年 RF GaN HEMT 平均价格（元 /W） 数据来源： Mouser、 CASA Research、东方证券研究所 数据来源： Mouser、 CASA Research、东方证券研究所 受益于 SiC/GaN 器件技术成熟 &成本下降， SiC/GaN 器件有望 加速渗透。 得益于 SiC/GaN 功率产品性能的提升，其有望在新能源汽车、快充等市场中获得广泛应用，根据 Yole 预测， 2023 年 SiC、GaN 电力电子器件的市场规模将分别增长至 14 亿和 3.7 亿美元，市场渗透率分别达到 3.75%和1%。 GaN 射频器件 在 5G 宏 基站建设和国防建设 的 旺盛 需求下 ，叠加 GaN 射频器件 成本下降 ，需求有望快速放量， 根据 Yole 数据预测， 2023 年 GaN 射频器件需求量将达到 194.3 百万个， 19-23 年 CAGR 达到 85.8%。 02004006008001000120014002017 2018 20190123456782018年中 2018年底 2019年中 2019年底650V Si IGBT 650V SiC MOSFET 650V GaN HEMT151719212325272017年底 2018年中 2018年底 2019年中 2019年底有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分， 或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期 8 图 9： SiC/GaN 在电力电子领域的渗透率情况 图 10： 2017-2023 年 GaN 射频器件需求量预测（百万个） 数据来源： Yole、 CASA Research、东方证券研究所 数据来源： Yole、 CASA Research、东方证券研究所 2 GaAs：射频和光电子需求旺盛，有望保持高增长 GaAs 是较为成熟的二元半导体化合物材料 ，主要应用在射频、 LED、光电子等领域，其中射频是GaAs 下游最大的应用领域 ，占比为 47%。 GaAs 市场 总体 规模较大， 2018 年全球砷化镓元件市场总产值达到 89 亿美元 。 图 11： GaAs 下游应用领域 图 12： GaAs 射频器件应用 数据来源： yole、 东方证券研究所 数据来源： yole、 东方证券研究所 受益射频和光电子需求旺盛， GaAs 有望保持持续高增长。 射频端， 5G 手机需要更多 的 PA，对GaAs 需求有望保持稳定增长； 手机 WIFI PA 和路由器 WIFI PA 对 GaAs 需求有望保持快速增长。光电子端，受益 3D 深度相机在手机端快速渗透， GaAs 激光器有望保持快速增长。根据中国产业信息网的报告，全球 GaAs 产值有望从 2018 年的 89 亿美元，增长到 2023 年的 143 亿美元， 19-23 年 CAGR 为 10%。 0%1%2%3%4%5%2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023SiC渗透率 GaN渗透率040801201602002017 2018 2019 2020 2021 2022 202347%42%10%1%射频LED激光光伏有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分， 或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 下游新兴领域需求旺盛，化合物半导体前景可期 9 图 13： 16-23 年全球 GaAs 产值及预测 数据来源： 中国产业信息、 东方证券研究所 2.1 GaAs PA 为主流技术 ，受益于 5G 等 行业 趋势 5G 手机渗透率快速提升。 手机市场 正 迎来 5G 换机潮 ， 全球 2019 年 5G 手机销量为 1870 万部，渗透率约为 1.4%， GSMA 预测 5G 手机 2025 年出货量有望达到 7 亿部，渗透率达到 47%。随着国内 5G 网络部署超预期，中国 5G 用户快速提升，截止到 20 年 3 月底，中国移动 5G 用户已经超过了 3 千万， 保守估计 三大 运营商 5G 用户已经超过了 6 千万。 图 14： 5G 渗透率 快速提升 图 15： 三大运营商 5G 用户（截止 20.3） 和 5G 入网许可手机数（截止 20.4） 数据来源： GSMA 中国移动经济发展 2020 、 东方证券研究所 数据来源： 赛迪智库、 东方证券研究所 5G 手机需要更多的功率放大器 。