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宽禁带半导体行业深度：SiC与GaN的兴起与未来

核心内容

宽禁带半导体（SiC和GaN）作为第三代半导体材料，正在逐步取代传统硅（Si）材料，成为未来半导体行业的重要发展方向。SiC与GaN在性能上具有显著优势，如更高的功率密度、更低的能量损耗、更高的工作频率和更好的热导率，使其在电力电子与射频微波领域展现出巨大潜力。随着5G、新能源汽车等新兴市场的推动，SiC与GaN的市场需求迅速增长，成本也在逐步下降，预计将在未来几年迎来快速发展阶段。

主要观点

• SiC的优势：SiC具有更高的热导率和击穿电场，适用于高温、高压、高频场景，尤其在新能源汽车领域表现突出。
• GaN的优势：GaN具有更高的电子迁移率，适合高频应用，同时具备成本控制潜力，在5G基站、快充设备等领域具有广泛应用前景。
• 行业格局：目前SiC与GaN产业链仍处于早期发展阶段，全球市场由欧美日企业主导，国内企业在衬底、外延和器件制造方面逐步布局，但整体仍处于起步阶段。
• 投资建议：建议关注已在SiC与GaN领域投入资源并取得一定成果的A股企业，如三安光电、扬杰科技、捷捷微电等。
• 风险提示：行业技术进步、下游需求增长及成本下降不及预期可能影响SiC与GaN的市场渗透率；国内企业在研发和销售方面可能面临国外企业的竞争压力。

关键信息

SiC市场与技术

• 性能优势：SiC器件在降低能量损耗、实现小型化、耐高温高压方面优于Si器件。
• 产业链布局：SiC产业链包括衬底、外延、器件制造三个环节，目前以欧美日企业为主导。
• 应用领域：主要应用于新能源汽车（如功率控制单元、逆变器、车载充电器等）。
• 市场增长：2017~2023年，SiC功率器件市场复合增长率达31%，预计2022年电动车用SiC市场规模将达24亿美元。
• 国内进展：国内企业在SiC衬底、外延和器件制造方面已有布局，但整体仍处于早期阶段。

GaN市场与技术

• 性能优势：GaN在高频率、高功率密度和高效率方面优于Si，适用于射频与电力电子领域。
• 产业链布局：GaN产业链包括衬底、外延、器件设计与制造，目前以海外企业为主导。
• 应用领域：主要应用于5G基站、无线充电、消费电子电源适配器等领域。
• 市场增长：GaN RF市场预计在2023年达到13亿美元，GaN在0~900V电压范围内具有广泛应用潜力。
• 国内进展：苏州能讯、三安集成等企业在GaN领域有所突破，具备一定的代工和制造能力。

投资建议

• A股公司推荐：三安光电、扬杰科技、捷捷微电。
• 三安光电：是国内稀缺的宽禁带半导体制造企业，布局覆盖SiC晶圆与GaN代工，有望延续其在LED产业的优势。
• 扬杰科技与捷捷微电：是国内功率半导体企业，已开始布局SiC功率器件研发。

风险提示

• 技术风险：SiC与GaN行业仍处于早期，技术进步可能不及预期。
• 需求风险：新能源汽车和5G行业的发展速度可能影响SiC与GaN的应用进度。
• 成本风险：SiC与GaN若成本下降不及预期，可能影响其市场渗透率。
• 竞争风险：国内企业面临国外企业在技术和市场上的挤压。

重点公司概况

图表与数据

• 图1：硅材料面临诸多性能限制。
• 图2：半导体材料特性对比。
• 图3：半导体材料与器件发展史。
• 图4：SiC、GaN与Si性能差异。
• 图5：SiC、GaN与Si各有优势领域。
• 图6：SiC与GaN处于稳步爬升的光明期。
• 图7：三种不同的SiC结构。
• 图8：SiC晶圆。
• 图9：SiC功率器件的发展历史。
• 图10：SiC能大大降低功率转换中的开关损耗。
• 图11：SiC更容易实现模块的小型化、更耐高温。
• 图12：SiC器件生产流程。
• 图13：SiC产业链及主要工序。
• 图14：SiC产业链各环节公司。
• 图15：SiC产业以欧美日为主。
• 图16：SiC器件应用领域广泛。
• 图17：2022年SiC在电动车市场规模达到24亿美金。
• 图18：SiC器件在四个关键领域提升电动汽车的系统效率。
• 图19：采用SiC的PCU尺寸大大减小。
• 图20：罗姆的SiC赛车用逆变器明显降低重量及尺寸。
• 图21：超过20家汽车制造商在车载充电器中采用SiC。
• 图22：Cree在SiC功率器件有近30年历史。
• 图23：采用SiC的PCU尺寸大大减小。
• 图24：罗姆的SiC赛车用逆变器明显降低重量及尺寸。
• 图25：Wolfspeed推出GaN-on-SiC代工服务。
• 图26：Wolfspeed营收大幅增长。
• 图27：Wolfspeed毛利率处于较高水平。
• 图28：Wolfspeed预计到2022年收入翻两番达到8.5亿美元。
• 图29：Infineon从1992年即开始SiC研发。
• 图30：ColdSplit技术流程。
• 图31：ROHM SiC发展时间表。
• 图32：ROHM SiC产品路线规划图。
• 图33：ROHM向汽车和工业转型的趋势。
• 图34：ROHM SiC车载应用营收份额。
• 图35：GaN原子结构。
• 图36：典型GaN HEMT结构。
• 图37：GaN器件逐步步入成熟阶段。
• 图38：GaN器件可以适用于超过68%的功率器件市场。
• 图39：不同功率器件所处的优势领域。
• 图40：GaN RF市场规模于2023年达到13亿美金。
• 图41：Si功率器件开关速度慢，能量损耗大。
• 图42：GaN开关速度快，可大幅度提升效率。
• 图43：GaN器件在电力电子领域与微波射频领域的优势。
• 图44：GaN RF市场规模于2023年达到13亿美金。
• 图45：GaN外延用不同衬底的对比。
• 图46：GaN器件主要产品与工艺技术。
• 图47：使用GaN前后的效率对比。
• 图48：不同频率范围RF器件工艺技术对比。
• 图49：多级GaAs功率放大器和等效GaN功率放大器的比较。
• 图50：GaN优势在于带隙宽度与热导率。
• 图51：GaN在5G时代应用广泛。
• 图52：GaN以更高的功率密度实现小型化与系统集成。
• 图53：GaN材料5G基站发展趋势。
• 图54：Navitas 45W 充电器与苹果29W充电器。
• 图55：近年来GaN快速头逐渐成为潮流。
• 图56：Macom产品线涵盖射频微波器件到光器件。
• 图57：Macom GaN产品与其他材料器件性能对比。
• 图58：Macom GaN产品应用领域与客户。
• 图59：Transphorm发展历程。
• 图60：三安集成工艺平台。
• 图61：三安集成发展历程。
• 图62：A股布局SiC/GaN企业。

结论

SiC和GaN作为宽禁带半导体材料，正逐步取代传统Si材料，成为电力电子与射频微波领域的重要技术。随着5G、新能源汽车等新兴市场的推动，其市场需求持续增长，成本也在下降，未来发展前景广阔。国内企业在该领域已有一定布局，但整体仍处于早期阶段，需关注技术突破和市场拓展情况。