化合物半导体：发展前景广阔，国产替代有望加速.pdf

识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 14 Table_C ontacter 本报告联系人： Table_Page 行业专题研究 |电子 2019 年 9 月 19 日 证券研究报告 Table_Title 化合物半导体 发展前景广阔， 国产替代有望加速 Table_Author 分析师： 许兴军 分析师： 余高 分析师： 彭雾 SAC 执证号： S0260514050002 SFC CE.no: BOI544 SAC 执证号： S0260517090001 SAC 执证号： S0260519030001 021-60750532 021-60750632 021-60750604 xuxingjungf yugaogf pengwugf 请注意，余高 ,彭雾并非香港证券及期货事务监察委员会的注册持牌人，不可在香港从事受监管活动。 Table_Summary 核心观点 ： 砷化镓半导体： 5G 带动砷化镓需求量新一轮成长，代工经营模式发展壮大 砷化镓主要用于微波功率器件，即工作在微波波段（频率 300300000MHz 间）的半导体器件。 5G 带动砷化镓需求量新一轮成长，根据 Strategy Analytics 调查数据， 2017 年全球砷化镓元件市场总产值约为 88.3 亿美元，国外 IDM 厂商抢占砷化镓半导体市场先机，目前全球砷化镓半导体市场份额最大的 Skyworks，但砷化镓半导体代工经营模式出现， 中国台湾 的稳懋成为砷化镓晶圆代工领域龙头。 氮化镓半导体：微波器件首选材料 , 功率器件未来应用前景广阔 氮化镓材料由于禁带宽度达到 3.4eV，与 SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为第 三代半导体材料，也称为宽禁带半导体。由于氮化镓具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子速度大、热导率高、介电常数小、化学性质稳定和抗辐射能力强等优点，成为高温、高频、大功率微波器件的首选材料之一，氮化镓大功率器件未来应用前景广阔，全球氮化镓半导体市场潜在规模达 94 亿美元。 碳化硅半导体：高功率器件用途广泛，应用市场将逐步拓展 SiC（碳化硅）是一种由硅（ Si）和碳（ C）构成的化合物半导体材料，不仅绝缘击穿场强是 Si 的 10 倍，带隙是 Si 的 3 倍，被认为是一种超越 Si 极限的功率器件用材料。 SiC 功率半导体适合用于深 井钻探、太阳能逆变器（实现直流与交流的转换）、风能逆变器、电动汽车与混合动力汽车、工业驱动以及轻轨牵引等需要大功率电源转换的应用 。 国产替代 有望 加速 ，三安光电 取得国内重要客户的合格供应商认证 以砷化镓 /氮化镓 /碳化硅为代表的化合物半导体的市场规模高达百亿美元，代工模式拥有强大的市场竞争力，国家政策扶持将加速化合物半导体的国产化进程， 2014 年，三安光电成立子公司三安集成电路有限公司，开始切入化合物半导体领域，同年通讯微电子（一期）项目基建工程开工，根据公司半年报，三安集成已取得国内重要客户的合格供应商认证，并与行业标杆企业展开业务范围内的全面合作。 风险提示 行业发展速度低于预期；行业竞争加剧的风险 ；新技术渗透率低于预期。 Table_Report 相关研究 ： 电子行业月度观点 :5G 终端浪潮持续，聚焦智能终端 5G 赛道机会 2019-09-18 电子行业 :整体业绩 Q2 边际改善明显， 5G 相关细分子赛道表现亮眼 2019-09-07 电子行业 :积极布局未来，聚焦 5G 长景气周期赛道 2019-08-17 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 14 Table_PageText 行业专题研究 |电子 Table_impcom 重点公司估值和财务分析表 股票简称 股票代码 货币 最新 最近 评级 合理价值 EPS(元 ) PE(x) EV/EBITDA(x) ROE(%) 收盘价 报告日期 （元 /股） 2019E 2020E 2019E 2020E 2019E 2020E 2019E 2020E 三安光电 600703.SH RMB 15.29 2019/08/25 买入 14.8 0.54 0.74 28.31 20.66 11.59 9.22 9.4 11.4 数据来源： Wind、广发证券发展研究中心 备注 ：表中估值指标按照最新收盘价计算 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 14 Table_PageText 行业专题研究 |电子 目录索引 砷化镓半导体： 5G 带动砷化镓需求量新一轮成长，代工经营模式 发展壮大 . 5 氮化镓半导体：微波器件首选材料 , 功率器件未来应用前景广阔 . 6 碳化硅半导体：高功率器件用途广泛，应用市 场将逐步拓展 . 7 民用市场国产替代即将开启，国产替代加速 . 8 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 14 Table_PageText 行业专题研究 |电子 图表索引 图 1：传输信息增加导致射频元件需求量增加 . 5 图 2：高频趋势下射频元件需求量增加 . 5 图 3：全球砷化镓元件市场规模 . 6 图 4： 2017 年砷化镓晶圆代工市场份额 . 6 图 5： MA-COM 主要氮化镓产品及应用 . 7 图 6： MA-COM 毛利率变化 . 7 图 7：全球 SiC 市场规模预测 . 8 图 8：各种功率半导体主要瞄准的应用范围 . 8 图 9：三安集成电路大事记 . 10 图 10：三安集成电路的 GaAs 工艺技术 . 10 图 11：三安集成电路的 GaN 工艺技术 . 10 图 12：全球前三的化合物半导体代工厂营收对比 . 11 图 13：全球前三的化合物半导体代工厂毛利率对比 . 11 图 14： 20082017 年 GCS 营收情况 . 12 表 1：硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓主要性能参数对比 . 8 表 2：国家集成电路产业发展纲要 . 9 表 3：环宇拥有丰富全面的化合物半导体制造技术 . 11 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 14 Table_PageText 行业专题研究 |电子 砷化镓 半导体： 5G 带动砷化镓需求量新一轮成长 ， 代工经营模式 发展壮大 砷化镓 主要用于微 波 功率器件，即 工作在 微波波段（ 频率 300300000MHz间）的 半导体 器件。 在 手机无线网络 中 ，系统中的无线射频模组必定含有两个关键的 砷化镓 半导体零组件： 以 HBT设计的 射频功率放大器（ RF PA） 和 以 pHEMT设计的射频开关 器。 传统 2G手机中，一般需要 2个功率放大器（ PA） ，且 只有一个频段，噪声要求低，使用 1个射频开关器 ； 到了 3G时代，一部手机平均使用 4颗 PA， 3.5G平均使用 6颗 PA， 使用 2个射频开关器 ； 4G时代的手机平均 使用 7颗 PA， 4个 射频 开关器 。 4G的射频通信需要用到 5模 13频 ；下一代 5G技术 ，其传输速度将是现行 4G LTE的 100倍， 目前只有砷化镓功率放大器 可以 实现如此 快速的 资料传输 ， 4G及未来的 5G通讯已成为砷化镓微波芯片重要的成长动能之一。 图 1：传输信息 增 加 导致射频元件需求量增加 图 2： 高频 趋势下射频元件需求量增 加 数据来源： Qorvo， 广发证券发展研究中心 数据来源： Qorvo， 广发证券发展研究中心 由于砷化镓高频传输的特性，除了在手机应用中飞速成长外，平板电脑、笔记本电脑中搭载的 WiFi模组、固定网络无线传输，以及光纤通讯、卫星通讯、点对点微波通讯、有线电视、汽车导航系统、汽车防撞系统等，也分别采用 14颗数量不等的功率放大器，这都是推动砷化镓成长的强大动力。根据 Strategy Analytics调查数据， 2017年全球砷化镓元件市场总产值约为 88.3亿美元 ，较 2016年的 81.9亿美元成长 7.8%。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 14 Table_PageText 行业专题研究 |电子 图 3： 全球 砷化镓 元件 市场 规模 数据来源： strategy analytics， 广发证券发展研究中心 砷化镓半导体代工经营模式出现。 在无线通讯的拉动下砷化镓微波功率半导体需求量快速增长，考虑到半导体制造需要巨额的研发和设备投入，产品价格下降快等因素 ， 未来在砷化镓整体产业拥有竞争力 ，砷化镓半导体垂直分工的经营模式出现。尽管目前砷化镓半导体主要由美国三家 IDM厂商（ Skyworks， TriQuint与 RFMD合并而成的 Qorvo， Avago）占据，但近年来，晶圆代工在整个市场中的占比不断提高。其中 中国台湾 的稳懋是砷化镓晶圆代工领域龙头，主要客户为 Avago、 Murata、Skyworks、 RDA、 Anadgics等。 图 4： 2017年 砷化镓晶圆代工市场份额 数据来源： strategy analytics， 广发证券发展研究中心 氮化镓半导体：微波器件首选材料 , 功率器件未来应用前景广阔 氮化镓材料 由于 禁带宽度达到 3.4eV， 与 SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为第三代半导体材料 ， 也称为宽禁带半导体 。 由于 氮化镓具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子速度大、热导率高、介电常数小、化学性质稳定和抗辐射能力强等优点，成为高温、高频、大功率微波器件的首选材料之一 。 0%2%4%6%8%1 0 %1 2 %1 4 %1 6 %0204060801 0 02 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7砷化镓市场 /亿美元 YO YW I N , 7 2 . 7 %G C S , 8 . 4 %A W S C , 7 . 9 %Q o r v o , 2 . 7 %o t h e r s , 8 . 2 %识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 14 Table_PageText 行业专题研究 |电子 在各国政策的大力推进下，国际半导体大厂纷纷将目光投向氮化镓功率半导体领域。随着 Si材料达到物理极限，氮化镓因各方面优异的电学性能被认为是未来半导体材料的首选。传统半导体厂商关于氮化镓器件的收购和合作、许可协议不断发生，氮化镓功率半导体已经成了各家必争之地。 Ma-com原先为 摩托罗拉下属 微波 /射频解决方案 部门 ，自 2013年 起产品逐步由 砷化镓 半导体拓展到 氮化镓器件， 公司毛利率一 路 攀升，目前已高达 50%以上。 图 5： MA-COM主要氮化镓产品 及应用 图 6： MA-COM毛利率 变化 数据来源： Ma-com官网 ， 广发证券发展研究中心 数据来源： Ma-com年报 ， 广发证券发展研究中心 氮化镓大功率器件未来应用前景广阔。 由于对高速、高温和大功率半导体器件需求的不断增长，使得氮化镓材料器件逐渐被半导体市场应用。 根据 MA-COM预计 ，未来随着 氮化镓 半导体 在新能源、智能电网、 信息通讯设备 及 4C产业的 应用逐步 拓展 ， 全球 氮化镓半导体市场 潜在 规模 达 94亿 美元 。 碳化硅半导体：高功率器件用途广泛， 应用市场将逐步拓展 SiC（碳化硅）是一种由硅（ Si）和碳（ C）构成的化合物半导体材料，不仅绝缘击穿场强是 Si的 10倍，带隙是 Si的 3倍，而且在器件制作时可以在较宽范围内控制必要的 p型、 n型，所以被认为是一种超越 Si 极限的功率器件用材料。 SiC材料能够同时实现高耐压、低导通电阻、高频这三个特性。 SiC的绝缘击穿场强大约是 Si的 10倍，因此与 Si器件相比，能够以具有更高的杂质浓度和更薄的厚度的漂移层制作出 600V数千 V的高耐压功率器件。高耐压功率器件的阻抗主要由该漂移层的阻抗组成，因此采用 SiC可以得到单位面积导通电阻非常低的高耐压器件，使用 SiC材料可以大幅缩减 功率器件的体积。 另外 SiC的导热率远高于其他材料，因此 SiC功率器件即使在高温下也可以稳定工作。 目前由于受到封装的耐热可靠性限制， SiC器件只保证在 150 175稳定工作，随着未来封装技术的发展，有望实现 200以上温度下的稳定工作。 应用产品0%1 0 %2 0 %3 0 %4 0 %5 0 %6 0 %2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 1 Q 1 8识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 14 Table_PageText 行业专题研究 |电子 表 1： 硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓主要性能参数对比 数据来源： Rohm， 广发证券发展研究中心 SiC功率半导体 适合 用于 深井钻探、太阳能逆变器 （实现 直流 与 交流 的 转换） 、风能逆变器、 电动汽车与混合 动力汽车、工业驱动以及轻轨牵引等 需要大功率电源转换 的应用。 SiC功率半导体瞄准的市场是大约 600V以上的耐压用途， GaN功率半导体瞄准的耐压区域比 SiC功率半导体低，大约为十几 V600V， GaN功率半导体在此应用范围内能否实现普及，其关键问题在于性价比是否能够超越传统的 Si功率半导体（ MOSFET）。 图 7： 全球 SiC市场规模预测 图 8： 各种功率半导体主要瞄准的应用范围 数据来源： Mitsubishi Electric， 广发证券发展研究中心 数据来源： Rohm， 广发证券发展研究中心 民用市场国产替代即将开启，国产替代加速 全球 化合物 半导体规模合计 近 百 亿 美元， 比肩 LED市场 。 在前面部分，我们已经讲过我国已经是全球功率半导体最大消费市场，占到了全球一半的份额。 军事应用 有望成为化合物 半导体 实现国产化的突破口 。 砷化镓 /氮化镓材料现在正处于发展阶段，目前全球该领域参与者数量远远小于硅，市场分布较为均衡，这对于国内厂商来说易于寻找突破口，快速追赶国际先进水平。目前国内从事砷化镓 /氮化镓 芯片制造的多为军工科研院所，如中电五十五所 、中电十三所 等 ， 主要从事 科学 研发，难以实现批量 生产，有望成为突破口。 民用市场国产替代即将开启。 目前 设计 领域 ，国内 第三大 IC设计 厂商锐迪科（ RDA） ，依托大陆强大的白牌手机制造业迅速发展，在白牌手机的 PA、Si S i C G a A s G a N晶体结构 菱形 六边形 闪锌矿型 六边形带隙 / eV 1 . 1 2 3 . 2 6 1 . 4 3 3 . 4电子迁移率 /( cm 2 / V s ) 1400 900 8500 1250空穴迁移率 /( cm 2 / V s ) 600 100 400 200绝缘击穿电场 / M V / cm 0 . 3 3 0 . 4 3导热率 /( W / cm ) 1 . 5 4 . 9 0 . 5 1 . 3相对介电常数 1 1 . 9 9 . 7 1 2 . 8 9 . 5饱和漂移速度 /( cm / s 10 7 ) 1 2 . 7 2 2 . 70%5%1 0 %1 5 %2 0 %2 5 %3 0 %3 5 %4 0 %4 5 %5 0 %0 . 00 . 20 . 40 . 60 . 81 . 01 . 22 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8 E 2 0 1 9 E 2 0 2 0 E 2 0 2 1 E 2 0 2 2 ES i C 功率器件市场规模 / 十亿美元 Y o Y10 100 1000 100001010010001000耐压 ( V )额定电流(A) G a N 瞄准的区域SJ 功率 M O S F E T 的应用范围常见的功率 M O S F E T的应用领域IG B T 的应用范围S iC 瞄准的区域识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 14 Table_PageText 行业专题研究 |电子 蓝牙、 FM Turner、 DVB-S Tuner市场均为中国第一。 锐迪科 的砷化镓微波半导体产品是 由 中国台湾 的稳懋来代工生产。 另外 包括 国民技术 、汉天下等设计公司， 均是 三安光电未来潜在客户 。 由于对产业安全和国家信息安全的关注日益升级，我国于 14年 6月公布了国家集成电路产业发展推进纲要，将发展集成电路产业上升为国家战略，并对集成电路产业产值以及制造与封测技术的发展提出了具体的要求。同时，通过产业基金、税收优惠、金融支持等措施对我国 IC企业的发展提供保障。目前我国砷化镓 /氮化镓半导体受制于国际半导体巨头， 处于 被动局面，将是 纲要扶持发展的 重点 。 表 2： 国家集成电路 产业发展 纲要 数据来源： 中国政府网， 广发证券发展研究中心 综上所述，以砷化镓 /氮化镓 /碳化硅为代表的 化合物 半导体的市场规模高达百亿美元， 代工模式拥有强大的市场竞争力， 国家政策扶持将加速 化合物 半导体的国产化进程。 2016年全球砷化镓元件市场总产值约为 81.9亿美元，氮化镓半导体市场潜在规模达 94亿美元 ， 2016 年全球 SiC功率半导体市场约 5亿美元，预计未来 SiC功率半导体市场容量有望超过 20亿美元，随着我国对产业安全和国家信息安全的关注日益升级， 将发展集成电路产业上升为国家战略，政策扶持将加速二 /三代半导体的国产化进程。 2014年，公司成立子公司三安集成电路有限公司，开始切入化合物半导体领域，同年通讯微电子（一期）项目基建工程开工。 2015年 7月三安光电 非公开发行 1.57亿 股募集资金 35亿元， 其中 16亿元用于投资通讯微电子器件（一期）项目，建设GaAs/GaN外延片产线各一条、 适用于专业通讯微电子市场的 GaAs高速半导体芯片与 GaN高功率半导体芯片生产线各一条。项目建设周期为 45个月，建设完成后，将形成通讯用外延片 36万片 /年 、通讯用芯片 36万片 /年 的产能，预计 完全 达产后贡献年销售收入 40.15亿元（不含税），新增年净利润 5.96亿元。 年份 整体产值 IC 制造 IC 封测 设备材料2015 年 超过 3500 亿元 3 2 / 2 8 n m 实现量产 中高端封测收入占 30% 以上 6 5 4 5 n m 设备、 12 吋 硅片等关键材料得到应用2020 年 年均增速超过 20% 1 6 / 1 4 n m 实现量产 达到国际领先水平 关键装备和材料进入国际采购体系2030 年 集成电路产业链主要环节达到国际先进水平，一批企业进入国际第一梯队强化顶层设计：成立国家集成电路产业发展领导小组，负责集成电路产业发展推进工作的统筹协调设立国家产业投资基金：实行市场化运作，重点支持集成电路制造，兼顾设计、封装测试、装备、材料环境金融支持：政策性银行（进出口盈、国家开发银行）信贷支持；支持集成电路企业在境内外上市融资税收支持：落实集成电路企业所得税优惠政策，落实并完善支持集成电路企业兼并重组的企业税收政策发展目标保障措施识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 14 Table_PageText 行业专题研究 |电子 图 9： 三安 集成电路大事记 数据来源：公司 官网 ，广发证券发展研究中心 三安集成电路进展顺利。 根据公司 2018年半年报显示，三安集成电路砷化镓射频已与 103家客户有业务接触，出货客户累计 58家， 14家客户已量产，达 89种产品，产品性能及稳定性获客户 一致好评；氮化镓射频已实现客户送样，初步性能已获客户认可；科技部重点研发项目取得重大突破，提前完成阶段性结题指标，核高基重大专项 5G移动通信功放芯片项目按计划正常进行中；电力电子产品已完成国内外客户产品验证并批量供货，己进入量产阶段；光通讯芯片已累计送样 26件，部分产品实现量产并已实现销售。 图 10： 三安 集成电路的 GaAs工艺技术 图 11： 三安 集成电路的 GaN工艺技术 数据来源： 公司官网， 广发证券发展研究中心 数据来源： 公司官网， 广发证券发展研究中心 三安 集成电路 于 2016年与 GCS成立三安环宇。 2016年 11月，公司与 GCS（环宇通讯半导体有限责任公司）合资 成立子公司三安环宇，其中三安出资 204万美元，股权占比 51%。环宇是全球知名的化合物半导体 代工厂， 2017年 GaAs代工市场份额占比达到 7.2%， 位居全球第三，仅低于稳懋和宏捷，更重要的是 GCS拥有丰富全面的化合物半导体制造技术，此次合作将有利于公司提升射频通讯和光通讯元件技术水平和构筑相关专利平台，同时有望引入环宇已有客户资源。 三安集成成立三安集成通讯微电子器件（一期）项目获批三安集成通讯微电子器件（一期）项目基建工程开工大股东入股三安光电，签订投资集成电路的战略合作协议三安集成第一台主设备搬迁入厂第一套多项目晶圆( M P W ) 光罩送交制造 ( t a p e - o u t )H B T 工艺通过客户产品认证2 0 1 4 / 5 / 2 62 0 1 4 / 6 / 1 02 0 1 4 / 8 / 1 52 0 1 5 / 6 / 1 52 0 1 5 / 7 / 82 0 1 5 / 7 / 3 12 0 1 7 / 1 / 1 9201 5 2016 2017 2018H B Tp H E M T H 2 0 H L H i g h L i n e a ri t y H 2 0 H R H i g h R u g g e d n e ss P2 5 E D 0 .2 5 m ED - m o d e l P2 5 PA 0 .2 5 m D - m o d e l Po w e r P2 5 SW 0 .2 5 m L o w R o n p H EM T Sw i t ch 0 .1 m T - g a t e 0 .1 m D - m o d e & E - m o d e L o w N o i s e 0 .1 m D - m o d e Po w e r201 5 2016 2017 2018 2019 Po w e r SB D 1 0 A / 6 0 0 V D - m o d e F E T 1 0 A / 6 0 0 V 0 .1 m R F G a N H E M T 0 .4 m & 0 .2 5 m R F Po w e r G a N H EM T 2 0 A / 6 0 0 V 2 0 A / 6 0 0 V 5 0 A / 1 . 2 KV 5 0 A / 1 . 2 KV E - m o d e F ET1 0 A / 6 0 V 2 0 A / 6 00V 5 0 A / 1 . 2 KV V e rt i ca l D e v i ce 1 0 A / 1 . 2 KV 5 0 A / 1 . 7KV 1 0 0 A / 1 . 7KV