有色金属行业：氮化镓第三代半导体核心材料

1、氮化镓：第三代半导体进行时GaN （又称为宽禁带半导体材料。GaN Si GaAsSiC GaN SiC，GaN 材SiC 开关速度快。同时，GaN SiC 衬底，器件可同时适用高功率和高频率。表 1 GaN、GaS 和 LDMOS 性能比较LDMOSGaAsGaN适用频率3.5GHz 以下40GHz40GHz输出功率1800W150W 以下1800W2功率密度12W/mm-68W/mm尺寸1x较小1/41/6x成本低中等高适用范围G/4G 基站终端射频前端5G 宏基站、小基站资料来源：拓璞产业研究院， 整理注 1：NXP 于 2017 年推出 65V 下输出功率达 1800W 的 MRFX1

2、K80H注 2：Qorvo 于 2018 年推出 65V 下输出功率达 1800W 的 QPD1025半导体材料的发展主要体现在三个方面：1）料质量和器件性能的提升；3）成本和价格的下降推动产业发展。在衬底方面，日本多23 GaN 衬底；在外延片方面，46 Si GaN 外延片的材料已经实现量产。Si GaN 2000V，达到了市电应用要求，展现出巨大的实用潜力。图1 第三代半导体材料器件产业链全景图资料来源：第 3 代半导体发展概述及我国的机遇、挑战与对策郝建群， GaN供给：知名厂商集中海外衬底主要供应商有德国 Siltronic、日本 Sumco、日本 Shin-Etsu 等企业，而日本

3、的EpiGaN IQE GaN Episil、Bridg、Fujitsu 等。目前主流氮化镓生产厂家依旧集中在欧洲国家及日本等，我国企业尚未进入供给端第一梯队。下面仅简单介绍以生产外延片为主的几家主流供应商。图2 氮化镓市场主要生产商示意图资料来源：Yole Development， NTT 1976 2DEG 2018 （2018 4 月-2019 3 月561.95 24.24亿日元。EpiGaN2010 IMEC 、6 英寸氮化镓外延晶圆，广泛5G 8英寸硅基氮化镓磊晶圆工业量产，生产工艺处于行业先进水平。1884 年，目前面向尖端电子设备的需求进行开发，提供差异体中的逆变器和交直流变换

4、器以及移动基站。IQE。公司成立于 1988 年，总部位于英国卡迪夫，是全球领先的设计和制造先进的半导体外延产品的公司之一。下游市场主要为电子、汽车、航天等领域。公司 2018 年共实现营收 1.56 亿英镑。需求：迄今光电转换效率最高的材料体系（通信基站等（等，光电器件（LD 照明等。图3 GaN，SiC 和硅半导体材料下游应用分布资料来源：Infineon， 氮化镓在通讯基站领域需求提高功率密度4G/5G 军事安全，国外对高性能氮化镓器件实行对华禁运。因此，发展自主氮化镓射频功放产业，有助于打破国外垄断，实现自主可控。GaN 可处理更高频率和更高能效的电源，相比硅组件，GaN 可以在尺寸和

5、5G 网络覆盖要求运营商部署更高功率和运行频率的设备，GaN 的功率密度优势可以满足他们的需求。2017124G328 5G5004G1.5倍。宏基站建设GaN5G2023GaN亿元。表 2 中国 5G 宏基站 PA 市场规模测算表2019E2020E2021E2022E2023E2024E基站新增数量（万站）9.638.472105.6115.276.8PA 数量（万）1843.27372.81382420275.222118.414745.6GaN 占比50%58%66%74%80%82%LDMOS 占比50%42%34%26%20%18%单扇 GaN 器件价格（元）50004750451

6、3428740733869单扇 LDMOS 价格（元）300028502708257224442321PA 单扇区平均价格（元）400039523899384137473590基站端 PA 市场规模（亿元）11.545.584.2121.7129.582.7基站端 GaN 射频器件规模（亿元）7.231.764.3100.5112.673.1资料来源：拓璞产业研究院， 5G 蜂窝网络布局有一定的极限，为了满足热点地区的网络需求，在宏基站之外，还需要布臵小基站组成微蜂窝网络。由于小基站不能对宏基站造成干扰，频率较宏Sub-6GHZ 为主，GaN 射频器件是很好的选择。据拓璞产业研究院援引5G 2

7、 1000 万站小2 1 2024 GaN 9.4 亿元。表 3 中国 5G 小基站 PA 市场规模测算2020E2021E2022E2023E2024E2025E基站新增数量（万站）19.276.8144.0211.2230.4153.6放大器数量（万个）38.4153.6288.0422.4460.8307.2单扇 GaN 器件价格（元）500.0475.0451.3428.7407.3386.9基站端 GaN 射频器件规模（亿元）1.03.66.59.19.45.9电子电力器件：电源设备占主导GaN 作为第三代半导体材料，广泛应用于功率电子器件中，根据材料深一度援引GaN 26%，其他下

8、游应用如包络跟踪、无线电源等。目前我们使用的电子及电源设备，如个人电脑适配器、音频视频接收器和数字电GaN 积，同时提升效率。不仅如此，GaN 在电源设备的应用还包括手机的快速充电及无线充电等，我们认为随着消费电子朝小型化，智能化发展，GaN 将拥有更多应用场景。图4 2018 年 GaN 功率器件国际市场分布情况资料来源：材料深一度援引 Yole， GaN 1.2 2023 GaN 4.24 亿美元。其他需求：光伏军用持续发力GaNGaN SiC Lux Research 受太阳能模组的下游需求驱动，宽禁带半导体即碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)将引领2020 14 亿美元。GaN军用需求快速增长3 代半导体发展概述及我国的GaN 7500 万GaN 射GaAs 的预测，2020 射频7.5 20%。相关上市公司建议关注海特高新、三安光电。海特高新。公司是国际一流水平的高性能集成电路制造企业，根据其 2018 年年报披露，已建成国内首条 6 寸化合物半导体商用生产线，解决了中国化合物半导体产业链NHP50 580 余款定制芯片5G 氮化镓基站芯片代工能力。三安光电。根据公司 2018 年年报披露，三安光电