化合物半导体行业深度报告：化合物半导体风起云涌大势所趋大有可为.pdf

证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 2021 年 08 月 03 日 行业研究 评级 :推荐 （ 维持 ） 研究所 证券分析师： 吴吉森 S0350520050002 联系人 ： 赵心怡 S0350121010061 化合物半导体风起云涌，大势所趋大有可为 化合物半导体 行业深度报告 最近一年 行业 走势 行业相对表现 表现 1M 3M 12M 电子 14.4% 23.3% 9.2% 沪深 300 17.3% 20.9% 2.5% 相关报告 半导体的第二次跨越：复盘与预判（推荐） *电子 * 吴吉森，何昊 2021-07-05 大变革时代，汽车半导体站上历史的进程（推荐） *电子 *吴吉森，厉秋迪 2021-05-14 关于 LCD 面板行业的三个重磅前瞻性判断（推荐） *电子 *吴吉森，何昊 2021-03-09 行业需求风起云涌，功率半导体国产替代正当时 （推荐） *电子 *吴吉森，何昊 2021-03-01 2020Q4 电子板块公募基金持仓走势解析（推荐） * 电子 *吴吉森，何昊 2021-01-31 投资要点： 化合物半导体市场风起云涌，市场前景广阔。 随着 5G、 IoT 物联网 时代的来临，以砷化镓（ GaAs）、氮化镓（ GaN）、碳化硅（ SiC） 为代表的化合物半导体市场有望快速崛起。其中， GaAs 是手机 PA 和 Switch 的主流材料，在 5G 时代仍占有重要地位，据集邦咨询预 测， 2023 年中国手机砷化镓 PA 市场规模达到 57.27 亿美元。再者， 以 VCSEL为代表的光电器件可用于 3D感知、 LiDAR等新应用场景， 未来亦将成为 GaAs 增长新的驱动力； GaN 高频性能突出，是 5G 基站与数据中心器件的关键材料，并有望率先在快充领域大放异彩， Yole 预计 2023 年全球 GaN 功率器件市场规模将达到 13 亿美元。 此外， 5G 终端大用量规模与技术创新将为 GaN 射频前端带来红利， Yole 预计到 2025 年， GaN 射频器件将以 55%的占有率取代当前硅 基 LDMOS 第一的市场地位；目前 SiC 主要应用于新能源汽车及其 配套充电桩等大功率场景，根据 IHS Markit 数据， 2019 年 SiC 功率 器件市场规模约 6.1 亿美元，受新能源汽车等领域快速崛起与光伏 发电等“新基建”项目的需求驱动， 2025 年 SiC 功率器件的市场规 模将达到 30 亿美元，年均复合增速达到 30.4%。 海外企业先行布局，国内 上下游 产业链持续发力，化合物半导体有望 乘风而起。 化合物半导体行业格局中，欧美企业拥有先发优势，日 本与台系厂商分占剩余空间，海外企业处于行业垄断地位，其中， 台系厂商稳懋以超 70%的市占率成为全球 GaAs 代工龙头，日本的 住友电工为 GaN 射频器件 IDM 领导者，美国的 Gree 为 全球 SiC 产 业链领军企业。近年来国内高度重视半导体产业发展，第三代半导 体行业已成为国内“新基建”战略的关键组成部分，也是国内实现 “碳达峰、碳中和”目标的重要路径，多项国家重点研发项目部署 涵盖电力电子、微波射频和光电子三大方向，紧贴产业发展实际需 求和进程。在下游需求及产业政策推动下，大量资金涌入化合物半 导体行业，从上游衬底、外延生产，中游制造、封装到下游产品应 用，国内化合物半导体行业已涌现出一批优秀企业：天科合达与山 东天岳已成为国内 SiC 衬底制造龙头企业；三安集成 是 国内化合物 半导体制造的领军者， 公司 在 射频、电 力电子、光通讯、滤波器业 务 均 取得 较 大突破 。其中，公司 GaAs 晶圆 产能 已 达到 8000 片 /月 。 电力电子业务中， SiC 二极管 已有 2 款产品通过车载认证 ， SiC MOSFT 工业级产品已送样客户验证，硅基 GaN 产品性能优越，部 分客户已进入量产阶段 ；华润微、斯达半导等传统半导体企业争先 -0.1435 -0.0713 0.0008 0.0729 0.1451 0.2172 20/8 20/9 20/10 20/11 20/12 21/1 21/2 21/3 21/5 21/6 21/7 电子 沪深 300 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 2 布局化合物半导体行业，发掘利润新增长点。我们认为化合物半导 体市场前景广阔，在下游需求持续向好以及国内产业政策大力支持 的背景下， 国内化合物半导体龙头企业 有望实现 快速 崛起。 行业评级： 伴随 5G、 IoT 时代的来临以及新能源汽车、新能源发电 等“新基建”的持续快速发展，以砷化镓、氮化镓与碳化硅为代表 的化合物半导体逐步走向历史的舞台，未来市场前景明朗。我们认 为化合物半导体下游需求旺盛，政策、资金持续发力 ， 有望乘政策 东风实现快速崛起，给予行业“推荐”评级。 重点推荐个股 ： 三安光电（ 600703）；斯达半导（ 603290）；华润微 （ 688396）； 立昂微（ 605358） ； 新洁能（ 605111） ； 天科合达 （ A20375） ；比亚迪半导体（ A21288） 。 风险提示： 5G 建设 、新能源汽车推广 不及预期风险；下游需求不及 预期风险；化合物半导体研发不及预期 风险； 化合物半导体国产替 代不确定性风险 。 重点关注公司及盈利预测 重点公司 股票 2021-08-02 EPS PE 投资 代码 名称 股价 2020 2021E 2022E 2020 2021E 2022E 评级 600703.SH 三安光电 41.00 0.23 0.41 0.59 180.70 100.00 69.49 买入 603290.SH 斯达半导 417.11 1.13 1.44 1.95 369.35 289.66 213.90 买入 688396.SH 华润微 96.20 0.85 1.03 1.20 112.82 93.40 80.17 买入 605358.SH 立昂微 169.00 0.50 1.13 1.50 335.18 149.56 112.67 买入 605111.SH 新洁能 172.70 1.38 3.38 4.43 125.42 51.09 38.98 买入 资料来源： Wind、 国海证券研究所 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 3 内容目录 1、 市场空间广阔，化合物半导体有望乘风而起 . 6 1.1、 下游需求强劲，半导体材料市场不断演化 . 6 1.2、 应用前景广阔，化合物半导体市场空间持续拓展 . 7 1.3、 政策持 续加码，第三代半导体产业扬帆起航 . 8 2、 GaAs：立足射频前端应用，持续受益于消费电子领域 . 10 2.1、 第二代半导体材料的代表，产业链成熟下游应用广阔 . 10 2.2、 手机 PA 主流材料， VCSEL 成为 GaAs 成长新驱动 . 11 2.3、 竞争格局： 产业链各环节以海外厂商为主导 . 14 3、 GaN：高频性能优越，成为 5G 器件关键材料 . 15 3.1、 半导体材料研究热点， GaN 射频器件应用前景明朗 . 16 3.2、 5G 射频与基站持续渗透， GaN 在快充领域大放光彩 . 18 3.3、 竞争格局：美国、欧洲、日本三足鼎立 . 24 4、 SiC：高温大 功率材料首选，新能源汽车领域为最大驱动力 . 26 4.1、 SiC 是大势所趋，市场前景广阔 . 26 4.2、 新能源汽车 +新能源发电，打开 SiC 市场空间 . 29 4.3、 竞争格局：美国企业技术领先， Cree 为全球龙头 . 33 5、 行业评级及投资策略 . 34 6、 重点推荐个股 . 34 6.1、 三安光电（ 600703）：国内化合物半导体制造领军者 . 34 6.2、 斯达半导（ 603290）：国内 IGBT 行业领军者，布局车规级 SiC 未来可期 . 35 6.3、 华润微（ 688396）：国内功率 IDM 龙头，布局 SiC、 GaN 领域 . 36 6.4、 立昂微（ 605358）：半导体硅片领先企业，重点布局 GaAs 射频器件 . 37 6.5、 新洁能（ 605111）：国内 MOSFET 领先企业，致力于打造第三代半导体功率器件平台 . 38 6.6、 天科合达（ A20375）：国内 SiC 衬底龙头 . 39 6.7、 比亚迪半导体（ A21288）：行业领先的车规级半导体供应商 . 39 7、 风险提示 . 40 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 4 图表目录 图 1： 2015-2019 年全球半导体材料销售规模 . 6 图 2：化合物半导体器件应用场景 . 8 图 3： 2018 年三大主要化合物半导体 产业销售额 . 8 图 4：中国第三代半导体器件市场规模增长空间巨大 . 8 图 5： GaAs 应用场景 . 10 图 6： GaAs 产业链及主要企业 . 11 图 7： 2020 年全球 GaAs 射频器件市场规模小幅下滑 . 11 图 8： 2019-2024 年中国 GaAs 元器件市场规模 . 11 图 9： GaAs 衬底各类应用占比 . 12 图 10： 2019-2025 年 GaAs 晶圆市场规模应用拆分 . 12 图 11：智能手机 PA 主导 GaAs 芯片市场（百万美元） . 13 图 12：中国智能手机 GaAs PA 市场规模持续增长 . 13 图 13： GaAs 光电领域 VCSEL 市场增长驱动力 . 13 图 14： 2020-2025 年 VCSEL 市场 CAGR 达 18.4% . 13 图 15：消费电子领域的 3D 传感占总规模的 75% . 14 图 16： 2019 年 VSCEL 市场竞争格局 . 14 图 17：全球 GaAs 衬底材料市场格局 . 14 图 18：全球 GaAs 晶圆制造（ IDM+代工）格局 . 14 图 19： GaAs 器件（ PA 为主）市场格局 . 15 图 20：全球 GaAs 晶圆代工格局 . 15 图 21：稳懋营业收入和净利润持续增长 . 15 图 22：稳懋毛利率和净利率维持较高水平 . 15 图 23： GaN 优异特性 . 16 图 24： GaN 器件产业链及主要企业 . 17 图 25： 2019 年 GaN 市场份额（按地区） . 18 图 26：国内 GaN 微波射频产业产值持续上升 . 18 图 27： 2019 年国内 GaN 行业需求分布 . 19 图 28： 2025 年全球 GaN 功率器件规模达 6.8 亿美元 . 19 图 29： 2019-2024 年全球连接规模预测 . 20 图 30： GaN 射频器 件 不断占领 LDMOS 市场空间 . 20 图 31：氮化镓 MIMO 性能优于锗化硅基 MIMO . 20 图 32： GaN 在基站应用中的市场规模（亿美元） . 20 图 33： 2019-2024 年宏基站 PA 使用量预测 . 21 图 34： 2019-2024 年基站端 GaN 射频器件规模及预测 . 21 图 35： GaN 在通信基站中的应用趋势 . 22 图 36：中国 5G 小基站 GaN 射频器件市场规模预测 . 22 图 37： 2019-2021 年全球数据中心基础设施支出金额 . 23 图 38： GaN 快充充电器 . 23 图 39： 2019-2022 年 GaN 电源市场营收增速较快 . 23 图 40：高质量音频的需求推动全球 D 类音频放大器市场 . 24 图 41： GaN 射频器件市场格局 . 25 图 42： GaN 功率器件市场集中度较低 . 25 图 43： GaN 产业呈现三足鼎立局面 . 25 图 44：住友电工营业收入和净利润 稳中有升 . 26 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 5 图 45：住友电工毛利率和净利率保持稳定 . 26 图 46： SiC 功率器件发展路径 . 26 图 47： SiC 晶片产业链 . 26 图 48：全球导通型 SiC 晶圆材料市场预估 . 27 图 49：全球半绝缘 SiC 晶圆材料市场预估 . 27 图 50： SiC 电子电力器件产业链相关厂商 . 28 图 51：全球 SiC 市场规模不断扩大 . 28 图 52： 2018 年中国 SiC 单晶片市场规模小幅下降 . 29 图 53：国内 SiC 产品 80%左右依赖进口 . 29 图 54： SiC 功率器件应 用领域 . 29 图 55： SiC 功率器件各应用市场规模（亿美元） . 29 图 56： 2018-2024 年新能源汽车 SiC 市场规模 . 30 图 57：新能源汽车 SiC 二极管、晶体管市场规模 . 30 图 58： 2019 中国市场销量占全球比重达 48.4% . 30 图 59： 2015-2020 年中国充电基础设施逐渐完善 . 32 图 60：中国光伏发电累计和新增装机容量变化 . 32 图 61：中国光伏发电行业结构 . 32 图 62：光伏逆变器中 SiC 功率器件占比 . 33 图 63：导电型 SiC 晶片厂商市场占有率 . 33 图 64： Cree 营业收入与净利润 . 34 图 65： Cree 毛利率处于较高位置 . 34 图 66：三安集成营业收入逐年大幅提升 . 35 图 67：三安光电毛利率与净利率处于行业领先地位 . 35 图 68：斯达半导营业收入与净利润快速增长 . 36 图 69：斯达半导毛利率处 于较高水平 . 36 图 70：华润微营收增速逐渐放缓 . 37 图 71：华润微净利率均稳步提升 . 37 图 72：立昂微营收及净利润 . 38 图 73：立昂微毛利率与净利率 . 38 图 74：新洁能营收持续增长 . 38 图 75：新洁能毛利率与净利率提升 . 38 图 76：天科合达公司营收高速增长 . 39 图 77：天科合达盈利能力持续提升 . 39 图 78：比亚迪半导体营收及归母净利润 . 40 图 79：比亚迪半导体毛利率与 净利率水平 . 40 表 1：半导体材料特性对比 . 7 表 2：国家重点研发计划 2020 年度立项项目清单（第三代半导体相关） . 9 表 3： 2020 年国内主要第三代半导体投资扩产情况（亿元） . 9 表 4： GaN 优异特性 . 16 表 5：中国 5G 宏基站 PA 市场测算 . 21 表 6：中国 5G 小基站 PA 市场测算 . 22 表 7：中美日 SiC 在新能源汽车中的应用进展 . 31 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 6 1、 市场空间广阔 ，化合物半导体 有望 乘风而起 1.1、 下游需求强劲，半导体材料市场不断 演化 半导体材料是半导体产业链上游中的重要组成部分，在集成电路、分立器件等 半导体产品生产制造中起到关键性的作用。 半导体材料可以根据半导体产品制造 过程分为制造材料和封装材料，其中制造材料主要是制造硅晶圆半导体、砷化镓、 氮化镓、碳化硅等化合物半导体的芯片过程中所需的各类材料，封装材料则是将 制得的芯片 在 封装切割过程中所用到的材料。 下游应用需求强劲，半导体材料市场不断扩展。 据中国电子材料行业协会数据， 2018 年全球半导体材料销售额达到 519 亿美元，较 2017 年 469 亿美元增长 10.66%，其中制造材料、封装测试材料销售额分别为 322 亿美元、 197 亿美元。 2019 年 受全球宏观经济影响，全球半导体材料市场规模有所下降，但其下降幅 度低于整体半导体产业。 2019 年全球半导体材料整体市场营收 483 亿美元，同 比下降 6.7%。 2015 年至 2019 年，全球半导体制造材料销售规模由 240 亿美元 增长到 293 亿美元，年均复合增长率 5.11%。未来， 在 半导体芯片工艺升级、 芯片尺寸持续小型化，以及全球硅材料、化合物半导体材料的品种和性能不断迭 代升级的影响下，半导体制造 材料在材料销售规模的占比预计将持续提高。 图 1： 2015-2019 年全球半导体材料销售规模 资料来源： 天科合达招股说明书 、国海证券研究所 半导体材料共经历了三个发展阶段。第一阶段 出现在 20 世纪 50 年代，以硅（ Si）、 锗（ Ge）为代表的第一代半导体 材 料，主要用于分立器件和芯片制造， 并 引发 了 以集成电路为核心的微电子产业的迅速发展， 在信息技术、航空航天、国防军 工、光伏等领域应用极其广泛。 第二阶段 是 20 世纪 90 年代，以砷化镓（ GaAs）、 磷化铟（ InP）等化合物为代表的化合物半导体材料， 使半导体材料进入光电子 领域， 主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，也是制作高性能微 波、毫米波器件的优良材料，广泛应用在微波通信、光通信、卫星通信、光电器 件、激光器和卫星导航等领域。 第三阶段 是本世纪初，以氮化镓（ GaN）、碳化 0 50 100 150 200 250 300 350 2015 2016 2017 2018 2019 制造材料（亿美元） 封装材料（亿美元） 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 7 硅（ SiC）等 为代表的 宽禁带半导体材料， 在禁带宽度、击穿电场强度、饱和电 子漂移速率、热导率以及抗辐射等关键参数方面具有显著优势，满足了现代工业 对高功率、高电压、高频率的需求， 广泛用于制作高温、高频、大功率和抗辐射 电子器件，应 用于半导体照明、 5G 通信、卫星通信、光通信、电力电子、航空 航天等领域。 表 1：半导体材料特性对比 半导体材料 第一代 第二代 第三代 硅 砷化镓 氮化镓 碳化硅 分子式 Si GaAs GaN SiC 300K 电子迁移率 (cm2/(Vs) 1500 8500 1000-2000 700 电子饱和速度 (107cm/s) 1 1.3 2.5 2 击穿强度 (MV/cm) 0.3 0.4 3.3 3 热导率 (W/cm*K) 1.5 0.5 1.5 4.5 工作温度 250 350 500 500 介电常数 (C2/(N*M2) 11.9 13.1 9.8 9.7 禁带宽度 (eV) 1.1 1.4 3.4 3.2 优点 储量大、价格便宜 工作温度高、光电性能 好、耐热、抗辐射 高频、高温、高压特性 好、大功率、抗腐蚀 高频、高温、大功率 应用领域 大功率晶体管、二极管、集成电路 二极管、晶体管、集成 电路、霍尔元件、 IR LED、 LED、激光 LED LED、激光器、高频、 大功率 耐高压、大功率电力电 子、金属氧化物半导体 场效 资料来源： 华经情报网、 国海证券研究所 1.2、 应用前景广阔 ，化合物半导体市场 空间 持续 拓展 半导体衬底材料包括硅材料和 GaAs、 SiC、 GaN 等化合物半导体材料。 凭借成 熟制程及较低成本的优势，第一代硅质半导体材料制作的元器件已成为了电子电 力设备中不可或缺的组成部分，硅也是目前技术最成熟、使用范围最广、市场占 比最大的衬底材料。但硅质半导体材料受限于自身性能，无法在高温、高频、高 压等环境中使用，化合物半导体材料因此崭露头角。化合物半导体材料拥有高电 子迁移率、直接能隙与宽能带 等特性，恰好符合半导体产业发展所需，随着材料 制备技术与下游应用市场的成熟，以 GaAs、 SiC、 GaN 为代表的化合物半导体 衬底材料市场 空间不断拓展 。 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 8 图 2：化合物半导体器件应用场景 化合物半导体应用场景 电力电子 射频 光电领域 新能源汽车 无线通信 ： 手机 （ 4 G / 5 G ) 基站建设 （ 4 G / 5 G ) W i f i（ 8 2 0 . 1 1 A C ) 数据中心 物联网 A O C 、 H D M I 光纤网络 L T E 、 F T T x 应用材料 G a N 、 S i C 基 应用材料 G a A s 、 G a N 基 应用材料 G a A s 、 ( A l ) G a N 基 资料来源： 集邦咨询 、国海证券研究所 现阶段，全球 95%以上的半导体芯片和器件是用硅片作为基础功能材料而生产 的。 硅片占整个半导体材料市场的 35%左右，市场空间约为 80 亿美元，硅基芯 片市场规模高达 4000 多亿美元。 然而， 随着物联网、 5G 时代的到来，以砷化 镓（ GaAs）、氮化镓（ GaN）、碳化硅（ SiC）等为代表的化合物半导体正快速 崛起中。据半导体行业观察的数据， 2018 年 GaAs、 GaN 与 SiC 的产业销售额 分别约为 3500 亿元、 238 亿元和 64 亿元，化合物半导体的市场规模 在 不断扩 大。 国内 第三代半导体器件市场 拥有 巨大增长空间，倒逼上游材料 端 发展。 据赛迪 顾问统计， 2019 年 国内 第三代半导体器件市场规模达到 86.29 亿元，增长率为 99.7%，到 2022 年，中国第三代半导体器件 市场规模有望冲破 608.21 亿元， 增长率为 78.4%。 第三代半导体器件广泛应用于 “新基建 ”项目， 也是实现“碳中 和“的重要路径。 国内 在 5G 通讯、新能源等新兴产业的技术水平、产业化规模 等方面处于国际优势地位，下游应用需求强劲将促进 国内 上游半导体行业的持续 发展，进一步提高半导体企业在国际市场的影响力。 图 3： 2018 年三大主要化合物半导体产业销售额 图 4： 中国第三代半导体器件市场规模增长空间巨大 资料来源：半导体行业观察 、 国海 证券 研究所 资料来源：赛迪顾问 、 国海证券研究所 1.3、 政策 持续加码， 第三代半导体产业 扬帆 起航 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 砷化镓 氮化镓 碳化硅 产业销售额（亿元） 0 100 200 300 400 500 600 700 2019 2022 市场规模（亿元） 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 9 第三代半导体行业是 国内 “新基建 ”战略的重要组成部分，有望引发科技变革并 重塑国际半导体产业格局。 “十三五 ”期间，国家科技部通过 “国家重点研发计划 ” 支持了第三代半导体发展， 国家 2030 计划和 “十四五 ”国家研发计划也已明确提 出第三代半导体是重要发展方向 ， 涉及第三代半导体产业的 各 研发 项目均按照进 度要求完成启动等工作，项目部署涵盖电力电子、微波射频和光电应用多个领域， 紧贴产业发展实际需求和进程 ， 在新能源汽车应用、电网应用前沿研究、光伏逆 变器、小型化电源、农业应用、健康医疗应用、光通讯、紫外应用、激光应用、 智慧照明等多个热点发挥了引导作用。 表 2： 国家重点研发计划 2020 年度立项项目清单 （第三代半导体相关） 战略性先进电子材料 序号 项目名称 牵头单位 周期 1 封装基板材料在新能源汽车电驱模块上的应用 株洲中车时代半导体有限公司 2 2 功率 SiC 芯片和器件在移动储能装置中的应用 西安电子科技大学 2 3 在设施农业中紫外 LED 应用模组和系统技术应用 中国科学院半导体研究所 2 4 高性能 Micro-LED 芯片与显示关键技术研究 厦门市三安光电科技有限公司 2 国家质量基础的共性技术研究与应用 序号 项目名称 牵头单位 周期 1 新一代 SiC 电力电子器件共性技术标准研究 中国电子科技集团公司第五十五研究所 2 资料来源： CASA、 国海证券研究所 目前， 国内 对于第三代半导体材料的投资热情势头不减。 据 CASA Research 不 完全统计， 2020 年共 24 笔投资扩产项目（ 2019 年 17 笔），已披露的投资扩产 金额达到 694 亿元（不含 GaN 光电子），较 2019 年同比增长 161%。分材料看， SiC 投资 17 笔，涉及金额 550 亿元； GaN 投资 7 笔，涉及金额 144 亿元。分 环节看，衬底环节投资 12 笔（主要为 SiC 衬底），涉及金额 175 亿元；器件 /模 块环节投资 15 笔，涉及金额 520 亿元。 在 国家政策大力支持与“ 新基建 ” 的引 领下，第三代半导体产业将成为未来半导体产业发展的重要引擎。 表 3： 2020 年国内主要第三代半导体投资扩产情况（亿元） 企业 地区 主要产品及方向 投资金额 天科合达 北京大兴 SiC 衬底 9.5 亿元 同光晶体 河北涞源 SiC 衬底 15 亿元 南砂晶圆 广东南沙 SiC 衬底 9 亿元 江苏超芯星 江苏仪征 SiC 衬底 0.8 亿元 博蓝特 浙江金华 SiC 衬底、蓝宝石衬底 10 亿元 中科钢研 陕西西安 SiC 衬底 18 亿元 露笑科技 安徽合肥 SiC 衬底 100 亿元 泰科天润 湖南浏阳 SiC 器件 /模块 15 亿元 华瑞微 安徽滁州 SiC 器件 /模块 10 亿元 西安西为电气 江苏徐州 SiC 衬底 3 亿元 斯达半导体 浙江嘉兴 SiC 衬底 2.3 亿元 世纪金光 安徽合肥 SiC 衬底、器件 /模块 2.5 亿元 三安光电 湖南长沙 SiC 全产业链 160 亿元 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 10 安徽微芯长江半导体 安徽铜陵 SiC 全产业链 13.5 亿元 大连芯冠 江西南昌 GaN 电力电子 立昂微 浙江海宁 GaN 射频 43 亿元 赛微电子 北京大兴 GaN 射频及电力电子 1 亿元 资料来源： CASA、 国海证券研究所 2、 GaAs：立足射频前端应用，持续受益于消费电 子领域 2.1、 第二代半导体材料的代表，产业链成熟下游应用 广阔 作为第二代半导体材料的代表， GaAs 具有宽禁带 、 高频 、 高压 、 抗辐射、耐高 温及发光效率高等特性，被广泛应用于移动通信、无线通信、光纤通信、 LED、 光伏、卫星导航等领域。 在微电子领域， GaAs 广泛应用于微波通信射频、消费 电子射频领域（ PA 和 Switch）等； 在光电子领域， GaAs 则用于 LED、激光 VCSEL、太阳能等领域。 图 5： GaAs 应用场景 资料来源： Yole Development、 国海证券研究所 GaAs 产业链包括晶圆（衬底、外延片），芯片设计、晶圆代工、封测、下游应 用等环节。 GaAs 产业最上游为 衬底 制造，其次为关键材料 GaAs 外延片 ，具体 工艺 包括 MOCVD（有机金属化学气相沉积法）及 MBE（分子束磊晶法） GaAs 磊晶技术 ； 中游为晶圆制造及封测等 ； 下游则为手机、无线区域网路制造厂以及 无线射频系统商等 ， 整个产业链除晶圆制造外，设计与先进技术主要仍掌握在国 际 IDM 大厂 中。 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 11 图 6： GaAs 产业链及主要企业 衬底外延 芯片与器件设计 封测 IQ E E mc o re V P E C 全新光电 元砷光电 同欣 菱生 日月光 国内厂商 晶方科技 华天科技 S k y w o rk s 、 Q o rvo 、 A va g o 、 B ro a d c o m 、 II - VI 、 M i c ro s emi M i c ro c h i p A i ro h a 和茂科技 国内厂商 锐迪科 国民技术 中普微电子 制造 G C S T ri Q u i n t 稳懋 宏捷 国内厂商 三安光电 中国电子科技集团 资料来源：前瞻产业研究院、国海证券研究所 从 GaAs 产品来看， GaAs 产品以手机射频 PA 为主 。 受到中美贸易摩擦及新冠 肺炎疫情影响，基于 GaAs的射频器件 市场 受到不小震荡。据集邦咨询数据， 2020 年全球 GaAs 射频器件市场规模为 65.80 亿美元，较 2019 年有小幅下滑。 2012-2018 年，中国 GaAs 元器件市场经历了快速增长期。 中国作为电子信息 制造业大国，下游应用市场广阔。前瞻产业研究院预计， 2019-2024 年，中国 GaAs 元器件市场 CAGR 在 15%左右，增速高于全球市场同期增速，中国市场 规模占全球比重将进一步提升。到 2024 年，中国 GaAs 元器件市场规模将达到 551.3 亿元。 图 7： 2020 年全球 GaAs 射频器件市场规模小幅下滑 图 8： 2019-2024 年中国 GaAs 元器件市场规 模 资料来源： 集邦咨询、 国海证券研究所 资料来源： 前瞻产业研究院 、国海证券研究所 2.2、 手机 PA 主流材料， VCSEL 成为 GaAs 成长新驱 动 GaAs 衬底的下游应用主要 应用于 射频（ 47%）、 LED（ 42%）、激光二极管（ 10%） 三 大领域。 其中，以半绝缘 型 GaAs 为主的射频应用占比最高，主要应用于手机 -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 6,200 6,400 6,600 6,800 7,000 7,200 2018 2019 2020E 2021F 市场规模（百万美元） YoY(%) 0 100 200 300 400 500 600 2019E 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 中国砷化镓元件市场规模（亿元） 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 12 PA、 Switch、基站射频等方面；其次为 LED，以半导体型 GaAs 材料为主。 据 Yole Development 统计， GaAs 晶圆的整体市场规模将从 2019 年的 2 亿美元增 长到 2025 年的超过 3.48 亿美元，复合年增长率为 10%。 图 9： GaAs 衬底各类应用占比 图 10： 2019-2025 年 GaAs 晶圆市场规模应用拆分 资料来源： Strategy Analytics、国海 证券研究所 资料来源： Yole Development、 国海证券研究所 2.2.1、 消费电子： GaAs PA 仍为 5G 时代 智能 手机重要组成部分 手机市场已成为 GaAs器件发展的一大动力。 4G时代手机端 PA 的工艺以 CMOS 和 GaAs 为主 。 由于 5G 通讯对频率、功率与效率的要求更高，对 PA 的性能要 求也相应提高 。 GaAs 的高线性度和高 输出 功率特性满足 5G 设备对低延迟超高 速的需求，使 GaAs 成为射频 前端模组 中 PA 材料的理想选择。同时， 5G 技术 对 PA 的需求量至少是 4G 对 PA 的需求量的 2 倍，从而增加了 RF 前端的总功 率放大器面积和功率放大器数量 ，带动 GaAs 晶圆 和 芯片 的出货量增加 。 5G 时代 GaAs 仍将主导智能手机 PA 市场。 在过去的几年中， RF 一直作为 GaAs 晶圆市场的 成长 驱动力。据 Yole Development 数据， 2019 年 RF 占 GaAs 晶圆 市场总量的 33%和市场价值的 37%，占 GaAs 外延片市场的 67%。 5G 时代 sub 6GHz 频段 中 ， GaAs HBT 仍是 PA 的最重要的技术； 5G 新增毫米波频段， GaAs pHEMT 则为重要的技术路线 。 据 Yole Development 估计， 射频 GaAs 芯片 市 场规模将从 2019 年的 28 亿美元左右增长至 2025 年的 36 亿美元以上 。由于在 5G 时代单部手机中 PA 的数量和单价都比 4G 时代有大幅的提升，据集邦咨询 预测，中国手机 GaAs PA 市场将从 2019 年的 18.76 亿美元增长到 2023 年的 57.27 亿美元，年复合增长率达到 19.17%。 47% 42% 10% 1% 射频 RF 发光二极管 LED 激光 LD 其他 0 50 100 150 200 250 300 350 400 2019 2025 RF LED 光电领域 显示 PV 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 13 图 11： 智能手机 PA 主导 GaAs 芯片 市场 （百万美元） 图 12： 中国智能手机 GaAs PA 市场规模持续增长 资料来源： Yole Development、 国海证券研究所 资料来源： 集邦咨询 、 国海证券研究所 2.2.2、 光电子： VCSEL 成为 GaAs 成长新驱动 以 VCSEL 为代表的光电子领域将成为 GaAs 增长的驱动力之一。 VCSEL 是一 种化合物半导体激光器，可用作光纤通信和自由空间光通信的发射器。与传统发 射激光器相比， VCSEL 具有较小的原场发散角、调制频率高且易于实现大规模 阵列及光电集成 等 优点， 广泛 应用 于 光通信、 3D 传感、面部识别、车载激光雷 达等 场景 ， 且 短期内不易被其他技术取代。随着手机 3D 面部感应渗透率提高、 大容量光纤通信激光器的需求拉动，据 Yole Development 统计数据，全球 VCSEL的市场 规模 将从 2020年的 11 亿美元增长至 2025年的 27亿美元， CAGR 达 18.4%。 图 13： GaAs 光电领域 VCSEL 市场增长驱动力 图 14： 2020-2025 年 VCSEL 市场 CAGR 达 18.4% 资料来源： Yole Development、 国海证券研究所 资料来源： Yole Development、 国海证券研究所 移动和消费领域的 3D 应用蓬勃发展。 2017 年以前 VCSEL 市场主要由数据通 信应用驱动。自苹果率先将 VCSEL 解决方案应用于 iPhone 的 Face ID 模块之 后， VCSEL 市场驱动力逐渐被 3D 传感所取代 。 2017 年， iPhone 中 共 装配了 4100 万件 VCSEL， 2020 预期将有超过 3.25 亿件 VCSEL 被安装在 iPhone 中。 安卓系厂商也在其智能手机的正面应用 3D 传感模块进行人脸识别。 除人脸识别 功能外， 3D 传感也被应用于后置摄像头以满足摄像功能提升 的 需求。 Yole Development 统计显示 ， 2020 年移动设备中的 3D 传感 约 占 VCSEL 总 市场规 模 的 75%，预计 2025 年达到 21 亿美元的规模。 从竞争格局来看， Lumentum -5% 0% 5% 10% 15% 0 1000 2000 3000 4000 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 消费电子 汽车 通信基站 安防 航天航空 其他 YoY 0 10 20 30 40 50 60 70 2019 2020 2021 2022 2023 5G手机 GaAs PA市场规模（亿美元） 4G手机 GaAs PA市场规模（亿美元） 0 5 10 15 20 25 30 2017 2018 2019 2020 2025E 全球 VCSEL市场规模（亿美元） CAGR=18.4% 证券 研究 报告 请务必阅读正文后免责条款部分 14 作为苹果的主要供应商， 2020 年市占率达 68%，具有明显领先地位。 图 15： 消费电子 领域 的 3D 传感占总规模的 75% 图 16： 2019 年 VSCEL 市场竞争格局 资料来源： Yole Development、 国海证券研究所 资料来源： Yole Development、 国海证券研究所 2.3、 竞争格局 ： 产业链 各 环节 以海外 厂商为主导 目前 ， GaAs 产业链环节以欧美、日本和台湾厂商为主导。从 GaAs 外延片生 产环节来看， 根据 Strategy Analytics 数据，前四大 GaAs 外延片厂商为英国厂 商 IQE、台湾地区厂商全新光电、日本厂商住友化学与台系厂商英特磊，分别占 市场的 54%、 25%、