深度报告-20210228-国金证券-半导体行业研究_砷化镓本土闭环_碳化硅等待_奇点时刻__25页_2mb

半导体行业研究报告总结

核心内容概述

本报告聚焦于化合物半导体行业，分析了GaAs、GaN和SiC三大材料的发展现状、应用前景及产业格局。同时，报告提出对相关企业的投资建议，并指出行业面临的风险。

主要观点

• GaAs：在sub-6G 5G手机射频领域仍为主导材料，未来在5G宏基站和消费电子快充领域也将有较大发展空间。国内PA厂商的成长推动了对本土GaAs代工厂的需求增长。
• GaN：在5G宏基站和消费电子快充领域将获得大发展，尤其在高频、高功率和小体积方面具有优势。其应用主要集中在射频和功率器件。
• SiC：有望在新能源汽车、光伏逆变器等领域实现对硅基功率器件的替代。预计2025年将实现综合成本低于硅功率器件的“奇点时刻”，之后迎来爆发式增长。

关键信息

市场数据

• 市场优化平均市盈率：18.90
• 国金半导体指数：5868
• 沪深300指数：5337
• 上证指数：3509
• 深证成指：14507
• 中小板综指：12778

投资建议

• 推荐组合：三安光电（化合物半导体全产业链）、华润微（碳化硅器件）、Cree（碳化硅全产业链）、英飞凌（碳化硅器件）、稳懋（砷化镓代工）
• 投资策略：重点关注碳化硅从衬底、外延片、器件到模块和设备的全产业链，同时关注砷化镓和氮化镓的本土代工厂。

产业发展趋势

• GaAs：代工比例提高，国内代工厂迎来发展机会，稳懋占据全球砷化镓代工市场70%以上份额。
• GaN：在5G宏基站和消费电子快充领域有较大增长潜力，同时在光电子领域也有竞争优势。
• SiC：预计五年内实现“奇点时刻”，全球供需将出现失衡，Cree、英飞凌等国际巨头已提前锁定订单，国内企业也在积极布局。

详细分析

一、下游应用驱动，GaAs、GaN和SiC各领风骚

1. 化合物半导体物理特性优势：相比硅材料，化合物半导体在电子迁移速率、临界击穿电场、导热能力等方面具有明显优势。
2. GaAs主导sub-6G 5G手机射频：GaAs在5G手机射频和光电子领域仍占据主导地位，功率放大器单机价值提升显著。
3. GaN在5G宏基站射频PA的大发展：GaNHEMT具有更小尺寸和更高功率密度，适合5G宏基站和消费电子快充应用。
4. SiC有望颠覆汽车功率半导体未来：SiC在电动车高压化趋势中具有明显优势，预计到2027年市场规模将超100亿美元。

二、产业化正循环，“奇点时刻”加速到来

1. 行业发展阶段及受益环节：SiC、GaN和GaAs处于不同发展阶段，受益环节各有不同，其中SiC材料厂商受益最大。
2. SiC成本高昂之源及可靠性问题：高纯碳粉、晶体生长缓慢和切割加工困难是SiC成本高的主要原因。可靠性问题如栅极氧化物稳定性和阈值电压稳定性已被逐步解决。
3. 预计SiC“奇点时刻”五年之内到来：随着衬底、外延和器件成本下降，预计2025年起SiC将具有综合成本优势，实现爆发增长。

三、GaAs代工比例提高，打造本土产业链闭环

1. 化合物半导体行业以IDM模式为主：尽管代工模式逐渐普及，但IDM厂商仍占据重要市场份额。
2. 欧美主导产业链，台湾厂商垄断代工：GaAs衬底和外延片主要由欧美日公司主导，台湾厂商在代工环节占据主导地位。
3. 代工比例提升，代工厂大举扩产：随着5G和消费电子快充需求增长，代工厂纷纷扩大产能，稳懋计划三年内新增产能超10万片/月。
4. 国内PA产业链闭环，代工不可或缺：国内PA设计公司成长推动对本土GaAs代工厂的需求，三安集成等企业在射频、光通讯和电力电子领域均有布局。
5. 三安光电：全面布局化合物半导体：三安光电通过子公司三安集成布局GaAs、GaN和SiC等材料，2020年长沙SiC项目开工，预计2021年底产能将达12000片/月。

四、Cree引领SiC产业，全球供需即将失衡

1. 全产业布局占优，国内追赶海外巨头：Cree和罗姆在SiC产业链中具有领先优势，国内企业如天科合达、东天岳也在逐步推进。
2. 需求增长，全球供需即将失衡：随着电动车发展，SiC衬底需求激增，预计2025年全球SiC衬底产能将出现缺口。
3. Cree：宽禁带化合物半导体的引领者：Cree在SiC领域有35年技术积累，市场占有率领先，产品包括车规级和工业级。
4. 英飞凌：全球最大功率IDM，布局SiC/GaN：英飞凌是全球最大的功率器件供应商，已布局SiC和GaN，推出CoolSiC MOSFET系列。

风险提示

• 成本下降不及预期
• 下游发展不及预期
• 外部贸易环境恶化

图表目录（摘要）

• 图表1：不同半导体材料比较
• 图表2：GaAs/GaN材料应用
• 图表3：中国砷化镓器件市场规模预测
• 图表4：GaAs晶圆市场规模预测
• 图表5：5G宏基站+小基站的架构演进
• 图表6：GaNHEMT具有更小尺寸的优势
• 图表7：SiC在高开关高频和高功率应用优势明显
• 图表8：汽车逆变器往高压方向发展
• 图表9：丰田碳化硅PCU与硅PCU体积对比
• 图表10：OBC的硅基方案与SiC方案BOM比较
• 图表11：车厂和零部件厂围绕碳化硅的布局进展
• 图表12：SiC在EV上的四大应用领域
• 图表13：SiC功率器件在车载领域应用时间表
• 图表14：光伏逆变器中碳化硅功率器件占比预测
• 图表15：碳化硅功率器件市场规模预测
• 图表16：化合物半导体行业复合增速比较
• 图表17：碳化硅功率器件产业链示意图
• 图表18：碳化硅晶体制作中的数字仿真
• 图表19：碳化硅单晶生长工艺
• 图表20：碳化硅加工过程
• 图表21：碳化硅的综合成本收益
• 图表22：SiC JBS成本构成
• 图表23：国内碳化硅衬底价格及趋势
• 图表24：电动汽车功率器件碳化硅方案与硅方案成本预测
• 图表25：硅晶圆及砷化镓代工产业比较
• 图表26：GaAs产业链示意图
• 图表27：GaAs外延片竞争格局
• 图表28：GaAs射频器件市场结构（2020E）
• 图表29：全球砷化镓代工市场竞争格局
• 图表30：稳懋产量、收入变化（2010-2019年）
• 图表31：稳懋与客户客户关系梳理
• 图表32：砷化镓器件代工比例变化（2013-2019年）
• 图表33：化合物半导体代工厂最新产能统计
• 图表34：国内主要手机PA厂商
• 图表35：三安光电化合物半导体布局时间表
• 图表36：三安集成制程介绍
• 图表37：三安集成各类产品的产能规模及变化情况
• 图表38：2018年全球导电型碳化硅晶片市场占有率
• 图表39：SiC产业链示意图
• 图表40：国内SiC各环节与国际领先水平比较
• 图表41：国际碳化硅晶片龙头企业提前锁定订单
• 图表42：Cree在碳化硅上的布局时间线
• 图表43：Cree与国内一线衬底厂商产品比较
• 图表44：2019年全球分立功率器件和模组企业市占率
• 图表45：英飞凌CoolSiC MOSFET 650V系列
• 图表46：英飞凌提供完整的GaN解决方案

总结

化合物半导体行业在GaAs、GaN和SiC三大材料的推动下，迎来新的发展机遇。SiC在新能源汽车和光伏逆变器领域具有巨大潜力，预计2025年实现成本优势。GaAs在射频领域仍为主导，而GaN在5G宏基站和消费电子快充领域将取得显著增长。国内企业如三安光电、华润微、稳懋等正在积极布局，有望在未来几年内获得显著增长机会。