半导体行业：砷化镓本土闭环，碳化硅等待“奇点时刻”-20210228-国金证券-25页_1mb

半导体行业研究报告总结

核心内容概览

本报告聚焦于化合物半导体（GaAs、GaN、SiC）在新能源汽车、5G通信、消费电子和光伏等领域的应用前景，分析其市场趋势、技术发展及投资建议。

主要观点

• GaAs：在5G手机射频和光电子领域占据主导地位，市场预计持续增长。随着5G普及，GaAs代工比例提升，国内厂商如稳懋、三安光电等逐步发展。
• GaN：在5G宏基站和消费电子快充领域快速发展，具有高功率密度和小体积优势。未来随着成本下降，GaN将在手机射频和中低压功率器件领域取得突破。
• SiC：在新能源汽车功率器件领域具有显著优势，预计2025年将实现综合成本低于硅功率器件的“奇点时刻”，之后迎来爆发增长。SiC在全球电动车市场的需求将导致全球供需失衡。

关键信息

市场数据

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）
• 行业策略：关注碳化硅从衬底、外延片、器件到模块和设备的全产业链；砷化镓和氮化镓建议重点关注本土代工厂。

下游应用驱动

• GaAs：主导sub-6G 5G手机射频，市场增长主要来自5G手机射频开关和功率放大器需求。
• GaN：在5G宏基站射频PA和消费电子快充领域大发展，未来可能扩展至毫米波手机射频和中低压器件。
• SiC：在新能源汽车、光伏逆变器等高压高功率领域应用广泛，预计2025年将实现综合成本优势，推动行业爆发。

产业化正循环

• SiC：预计在2025年实现综合成本低于硅功率器件，之后将进入快速增长期。
• GaAs：随着5G和小基站需求增长，代工比例逐步提升，国内厂商有望受益。
• GaN：在宏基站和消费电子领域需求快速增长，未来需关注成本下降。

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

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
   化合物半导体在电子迁移率、临界击穿电场、导热能力等方面优于硅材料，适合高频、高功率和耐高温应用。

2. GaAs主导sub-6G 5G手机射频
   5G手机射频开关数量从10个增加至30个，功率放大器平均单机价值从3.25美元提升至7.5美元，带动GaAs器件市场规模增长。

3. GaN在5G宏基站射频PA的大发展
   GaNHEMT体积比GaAs缩小82%，是5G宏基站PA的最佳材料。GaN在消费电子快充和光电子领域也有应用。

4. SiC有望颠覆汽车功率半导体未来
   SiC在新能源汽车中应用可降低能耗5%-10%，缩小模块体积80%，降低电池成本，缩短充电时间。

二、产业化正循环，“奇点时刻”加速到来

1. 发展阶段、核心驱动因素及受益环节分析

   • SiC：核心驱动因素是成本下降，受益环节为衬底和外延片厂商。
   • GaN：核心驱动因素为5G建设周期，受益环节为外延片供应商和IDM厂商。
   • GaAs：核心驱动因素为5G技术更新及基站建设周期，受益环节为射频IDM厂商和代工厂。

2. SiC成本高昂之源及可靠性问题

   • 成本高昂：高纯度碳粉和硅粉提纯困难，晶体生长缓慢，切割耗时长且良率低。
   • 可靠性问题：SiC器件存在栅极氧化物稳定性和阈值电压稳定性问题。

3. 预计SiC“奇点时刻”五年之内到来
   假设未来五年碳化硅模块价格每年下降10%，IGBT价格每年下降5%，电池成本每年下降10%，预计2025年起全SiC方案将具有综合物料成本优势。

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

   • IDM厂商如Skyworks、Qorvo等占据GaAs射频器件市场约70%的份额。
   • 代工厂如稳懋、环宇等主要生产功率放大器，市场占比约90%。

2. 欧美主导产业链，台湾厂商垄断代工

   • 半绝缘型衬底由住友、Freiberger、AXT等公司垄断，合计占全球90%市场份额。
   • 外延片市场由IQE、VPEC等主导，GaAs射频器件市场由IDM厂商主导。

3. 代工比例提升，代工厂大举扩产

   • 稳懋计划三年内新增产能超过10万片/月，宏捷科预计2021年底达到2万片/月产能。
   • 国内厂商如三安光电、威海华芯等正积极布局GaAs代工。

4. 国内PA产业链闭环，代工不可或缺

   • 国产PA在4G领域具备成熟性能和量产能力，市占率10%-20%。
   • 三安集成在射频、电力电子和光通讯领域均有布局，已与阳光电源、国家电网等达成合作。

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在SiC衬底、外延和器件领域具有全产业链优势，市场占有率约60%，车载领域市占率超80%。
   • 国内企业如天科合达、东天岳等正在推进6英寸衬底量产和8英寸产线建设。

2. 需求增长，全球供需即将失衡

   • 特斯拉等车企推动SiC需求增长，预计2025年全球SiC市场将超过100亿美元。
   • 国内企业如三安光电正加快SiC全产业链布局。

3. Cree：宽禁带化合物半导体的引领者

   • Cree在SiC领域拥有35年研发经验，技术成熟，市场占有率高。
   • 2019年投资10亿美元扩产SiC，预计2025年实现营收15亿美元，毛利率50%。

4. 英飞凌：全球最大功率IDM，布局SiC/GaN

   • 英飞凌是全球最大功率器件供应商，2018年收购Sillectra，掌握冷切割技术，提升SiC芯片产出。
   • 公司推出CoolSiC MOSFET系列，与GT Advanced签订五年供货协议，确保SiC供应。

总结

化合物半导体在射频、光电子和功率器件领域具有显著优势，随着新能源汽车和5G技术的发展，GaAs、GaN和SiC将各自迎来增长机遇。SiC预计将在2025年实现成本优势，迎来爆发增长。GaAs代工比例提升，国内厂商有望在5G射频和光电子领域占据一席之地。GaN在宏基站和快充市场快速扩张，未来有望扩展至手机射频和中低压器件。Cree和英飞凌在SiC领域占据领先地位，国内企业正在加快布局，有望实现追赶。投资建议关注全产业链布局的三安光电、华润微、Cree、英飞凌和稳懋等企业。