有色金屬行業(yè)：氮化鎵第三代半導(dǎo)體核心材料

1、氮化鎵：第三代半導(dǎo)體進(jìn)行時(shí)GaN （又稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。GaN Si GaAsSiC GaN SiC，GaN 材SiC 開關(guān)速度快。同時(shí)，GaN SiC 襯底，器件可同時(shí)適用高功率和高頻率。表 1 GaN、GaS 和 LDMOS 性能比較LDMOSGaAsGaN適用頻率3.5GHz 以下40GHz40GHz輸出功率1800W150W 以下1800W2功率密度12W/mm-68W/mm尺寸1x較小1/41/6x成本低中等高適用范圍G/4G 基站終端射頻前端5G 宏基站、小基站資料來源：拓璞產(chǎn)業(yè)研究院， 整理注 1：NXP 于 2017 年推出 65V 下輸出功率達(dá) 1800W 的 MRFX1

2、K80H注 2：Qorvo 于 2018 年推出 65V 下輸出功率達(dá) 1800W 的 QPD1025半導(dǎo)體材料的發(fā)展主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：1）料質(zhì)量和器件性能的提升；3）成本和價(jià)格的下降推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在襯底方面，日本多23 GaN 襯底；在外延片方面，46 Si GaN 外延片的材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。Si GaN 2000V，達(dá)到了市電應(yīng)用要求，展現(xiàn)出巨大的實(shí)用潛力。圖1 第三代半導(dǎo)體材料器件產(chǎn)業(yè)鏈全景圖資料來源：第 3 代半導(dǎo)體發(fā)展概述及我國的機(jī)遇、挑戰(zhàn)與對策郝建群， GaN供給：知名廠商集中海外襯底主要供應(yīng)商有德國 Siltronic、日本 Sumco、日本 Shin-Etsu 等企業(yè)，而日本

3、的EpiGaN IQE GaN Episil、Bridg、Fujitsu 等。目前主流氮化鎵生產(chǎn)廠家依舊集中在歐洲國家及日本等，我國企業(yè)尚未進(jìn)入供給端第一梯隊(duì)。下面僅簡單介紹以生產(chǎn)外延片為主的幾家主流供應(yīng)商。圖2 氮化鎵市場主要生產(chǎn)商示意圖資料來源：Yole Development， NTT 1976 2DEG 2018 （2018 4 月-2019 3 月561.95 24.24億日元。EpiGaN2010 IMEC 、6 英寸氮化鎵外延晶圓，廣泛5G 8英寸硅基氮化鎵磊晶圓工業(yè)量產(chǎn)，生產(chǎn)工藝處于行業(yè)先進(jìn)水平。1884 年，目前面向尖端電子設(shè)備的需求進(jìn)行開發(fā)，提供差異體中的逆變器和交直流變換

4、器以及移動(dòng)基站。IQE。公司成立于 1988 年，總部位于英國卡迪夫，是全球領(lǐng)先的設(shè)計(jì)和制造先進(jìn)的半導(dǎo)體外延產(chǎn)品的公司之一。下游市場主要為電子、汽車、航天等領(lǐng)域。公司 2018 年共實(shí)現(xiàn)營收 1.56 億英鎊。需求：迄今光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系（通信基站等（等，光電器件（LD 照明等。圖3 GaN，SiC 和硅半導(dǎo)體材料下游應(yīng)用分布資料來源：Infineon， 氮化鎵在通訊基站領(lǐng)域需求提高功率密度4G/5G 軍事安全，國外對高性能氮化鎵器件實(shí)行對華禁運(yùn)。因此，發(fā)展自主氮化鎵射頻功放產(chǎn)業(yè)，有助于打破國外壟斷，實(shí)現(xiàn)自主可控。GaN 可處理更高頻率和更高能效的電源，相比硅組件，GaN 可以在尺寸和

5、5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求運(yùn)營商部署更高功率和運(yùn)行頻率的設(shè)備，GaN 的功率密度優(yōu)勢可以滿足他們的需求。2017124G328 5G5004G1.5倍。宏基站建設(shè)GaN5G2023GaN億元。表 2 中國 5G 宏基站 PA 市場規(guī)模測算表2019E2020E2021E2022E2023E2024E基站新增數(shù)量（萬站）9.638.472105.6115.276.8PA 數(shù)量（萬）1843.27372.81382420275.222118.414745.6GaN 占比50%58%66%74%80%82%LDMOS 占比50%42%34%26%20%18%單扇 GaN 器件價(jià)格（元）50004750451

6、3428740733869單扇 LDMOS 價(jià)格（元）300028502708257224442321PA 單扇區(qū)平均價(jià)格（元）400039523899384137473590基站端 PA 市場規(guī)模（億元）11.545.584.2121.7129.582.7基站端 GaN 射頻器件規(guī)模（億元）7.231.764.3100.5112.673.1資料來源：拓璞產(chǎn)業(yè)研究院， 5G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)布局有一定的極限，為了滿足熱點(diǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)需求，在宏基站之外，還需要布臵小基站組成微蜂窩網(wǎng)絡(luò)。由于小基站不能對宏基站造成干擾，頻率較宏Sub-6GHZ 為主，GaN 射頻器件是很好的選擇。據(jù)拓璞產(chǎn)業(yè)研究院援引5G 2

7、 1000 萬站小2 1 2024 GaN 9.4 億元。表 3 中國 5G 小基站 PA 市場規(guī)模測算2020E2021E2022E2023E2024E2025E基站新增數(shù)量（萬站）19.276.8144.0211.2230.4153.6放大器數(shù)量（萬個(gè)）38.4153.6288.0422.4460.8307.2單扇 GaN 器件價(jià)格（元）500.0475.0451.3428.7407.3386.9基站端 GaN 射頻器件規(guī)模（億元）1.03.66.59.19.45.9電子電力器件：電源設(shè)備占主導(dǎo)GaN 作為第三代半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于功率電子器件中，根據(jù)材料深一度援引GaN 26%，其他下

8、游應(yīng)用如包絡(luò)跟蹤、無線電源等。目前我們使用的電子及電源設(shè)備，如個(gè)人電腦適配器、音頻視頻接收器和數(shù)字電GaN 積，同時(shí)提升效率。不僅如此，GaN 在電源設(shè)備的應(yīng)用還包括手機(jī)的快速充電及無線充電等，我們認(rèn)為隨著消費(fèi)電子朝小型化，智能化發(fā)展，GaN 將擁有更多應(yīng)用場景。圖4 2018 年 GaN 功率器件國際市場分布情況資料來源：材料深一度援引 Yole， GaN 1.2 2023 GaN 4.24 億美元。其他需求：光伏軍用持續(xù)發(fā)力GaNGaN SiC Lux Research 受太陽能模組的下游需求驅(qū)動(dòng)，寬禁帶半導(dǎo)體即碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)將引領(lǐng)2020 14 億美元。GaN軍用需求快速增長3 代半導(dǎo)體發(fā)展概述及我國的GaN 7500 萬GaN 射GaAs 的預(yù)測，2020 射頻7.5 20%。相關(guān)上市公司建議關(guān)注海特高新、三安光電。海特高新。公司是國際一流水平的高性能集成電路制造企業(yè)，根據(jù)其 2018 年年報(bào)披露，已建成國內(nèi)首條 6 寸化合物半導(dǎo)體商用生產(chǎn)線，解決了中國化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈NHP50 580 余款定制芯片5G 氮化鎵基站芯片代工能力。三安光電。根據(jù)公司 2018 年年報(bào)披露，三安光電