第三代半导体材料：CAGR高达85%，这些公司在深耕

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，SiC和GaN是第三代半导体材料，与第一、二代半导体材料相比，具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率等性能优势，所以又叫宽禁带半导体材料，特别适用于5G射频器件和高电压功率器件。

具体来看，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。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（横向扩散金属氧化物半导体）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HIS 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%。

SiC：功率半导体领域应用广阔

相比于Si基的IGBT（功率半导体），SiC的功率器件如SiC MOS，其导通电阻可以做的更低，体现在产品上面，就是尺寸降低，从而缩小体积，并且开关速度快，功耗相比于传统功率器件要大大降低。

在电动车领域，电池重量大且价值量高，若使用SiC器件，则可以降低功耗，减小体积；同时在高压直流充电桩中应用SiC会使得充电时间大大缩短。

据Cree测算，将纯电动车BEV逆变器中的功率组件改成SiC时，大概可以减少整车功耗5%-10%；这样可以提升续航能力，或者减少动力电池成本。

不过，SiC MOS的发展瓶颈一方面在于其衬底成本高。目前SiC的成本是Si的4-5倍，华安证券预计，未来3-5年价格会逐渐降为Si的2倍左右。另一方面，SiC MOS的产品稳定性需要时间验证。

华安证券认为，目前国内外SiC产业链日趋成熟，成本持续下降，下游接受度也开始提升，目前整个产业链处于行业爆发的前夜。

华安证券表示，SiC MOS器件的渗透率取决于其成本下降和产业链成熟的速度。根据英飞凌和国内相关公司调研和产业里的专家的判断来看，SiC MOS渗透IGBT的拐点可能在2024年附近。

华安证券测算，若2025年全球渗透率达25%，则全球有30亿美元SiC MOS器件市场，中国按照20%渗透率计算，2025年则有12亿美元的SiC MOS空间。即不考虑SiC SBD和其他SiC功率器件，仅测算替代IGBT那部分的SiC MOS市场，预计2025年全球30亿美元，相对2019年不到4亿美元有超过7倍成长，且2025-2030年增速延续。

从产业链角度来看，SiC产业链分为三大环节：上游的SiC晶片和外延→中间的功率器件的制造（包含经典的IC设计、制造、封装三个小环节）→下游工控、新能源车、光伏风电等应用。

SiC晶片、外延和设备方面，目前国外的CREE和II-VI占据了SiC片70%以上的份额，国内方面，SiC晶片商山东天岳和天科合达已经能供应2~6英寸的单晶衬底，且营收都达到了一定的规模（预计2020年均会超过2亿元）；SiC外延片方面，厦门瀚天天成与东莞天域可生产2~6英寸SiC外延片。

露笑科技（002617.SZ）2019年11月公告称，将为中科钢研、国宏中宇主导的碳化硅产业化项目定制约200台碳化硅长晶炉，设备总采购金额约3亿元。

2020年8月，露笑科技公告计划与合肥合作投资100亿元建设第三代半导体产业园，从SiC设备切入衬底和外延等环节。

此外，三安光电（600703.SH）主要从事化合物半导体材料的研发与应用，其子公司三安集成推出的高功率密度SiC功率二极管及MOSFET及硅基氮化镓功率器件主要应用于新能源汽车、充电桩、光伏逆变器等电源市场，客户累计超过60家，27种产品已进入批量量产阶段。

GaN：射频及快充领域快速渗透

作为一种宽禁带材料，GaN具有热导率高、耐高温、小体积等特性，和Si等传统半导体材料相比，能够在更高压、更高频、更高温度的环境下运行。

从产业链角度看，GaN产业链的上游主要为原材料衬底制备，国内企业包括天科合达和山东天岳；中游为制造环节（外延片→设计→制造/IDM→封测），国内有三安光电、海特高新（002023.SZ）等少数企业，海外龙头有日本住友、Qorvo、Cree等；下游为应用环节，GaN主要应用于射频、汽车电子和光电领域。

在射频领域，粤开证券认为，未来GaN将取代GaAs在高功率、高频率卫星通信领域的应用，同时在有线电视(CATV)和民用雷达市场上提供比LDMOS或GaAs更高的附加值。

LDMOS器件是4G基站建设的市场主流，但其无法适应5G的高频率，而GaN适应的频率范围拓展了40Hz甚至更高，适应了5G高频的需求。

据Yole预测，2025年GaN RF3器件市场整体规模将超过20亿美元，2019-2025年GaN RF的CAGR为12%，其中用于电信基建领域的市场规模预计将由3.18亿美元增长至7.31亿美元，CAGR为15%。

随着手机头部公司对充电技术的不断投入，GaN快速切入消费市场。其中GaN 快充有望成为消费电子领域下一个热门应用。

2019年9月，OPPO发布国内首款GaN充电器Super VOOC 2.0，充电功率为65W，是全球首家在手机充电器中导入GaN技术的厂商。随着近年来智能手机和电脑充电器的输出功率呈指数增长，体积相应增大，方便携带，而采用GaN功率器件后，不仅可以通过升高开关频率来减小发压器的体积，还能减小或省略散热片，从而减小大功率充电器体积。

粤开证券预计，全球GaN功率半导体市场规模将从2018年的873万美元增长到2024年的3.5亿美元，CAGR达到85%。

第一财经了解到，仅在功率半导体市场，GaN在设备器上的出货量就从过去每年的几十万颗跃升至去年的三百万颗以上，而今年在消费端的出货量有望达到两千万颗。

 

中泰证券表示，目前GaN产业仍以海外企业为主，国内企业在衬底外延和设计制造领域都逐渐开始涉足，如GaN衬底制造厂苏州纳维、东莞中镓；GaN外延制备商苏州晶湛；GaN-on-Si制造企业英诺赛科、赛微电子（300456.SZ）；GaN晶圆代工企业海特高新；GaN IDM（垂直整合制造工厂）三安光电、闻泰科技（600745.SZ）等。据测算，仅考虑GaN在基站射频及快充头的应用，行业空间就在百亿美元以上，目前正处于渗透早期。

民品业务上，海特高新在5G宏基站射频GaN产品上取得重大技术突破，并通过可靠性测试，具备了为基站射频产品提供代工服务的能力；在电力电子方面，硅基GaN功率器件芯片已实现小批量量产，是国内领先进行硅基GaN量产的企业；根据投资者关系记录，公司2019年在光电领域实现国内第一条6英寸VCSEL产线。