砷化镓氮化镓半导体行业研究报告.docx

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砷化镓氮化镓半导体行业研究报告

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2016年4月

目录

一、概述4

1、砷化镓外延片生长介绍4

2、砷化镓/氮化镓半导体：

功率半导体的分支8

3、SIC功率半导体9

二、砷化镓/氮化镓半导体：

半导体贵族引爆市场热点10

1、砷化镓/氮化镓半导体：

半导体贵族11

2、砷化镓/氮化镓半导体：

放大与开关器件13

三、砷化镓半导体：

射频通讯的核心，百亿美元大市场13

1、无线通讯推动砷化镓半导体市场快速发展13

（1）手机通讯领域14

（2）其它领域16

2、国外IDM厂商抢占砷化镓半导体市场先机17

3、砷化镓半导体代工经营模式出现19

四、氮化镓半导体：

节能产业的未来20

1、氮化镓：

宽禁带半导体，高频性能更强20

2、氮化镓功率半导体民用市场起步22

3、氮化镓大功率器件未来应用前景广阔23

五、三安光电：

拉开砷化镓/氮化镓半导体国产替代序幕23

1、国内市场砷化镓/氮化镓半导体需求旺盛23

2、政策扶持将加速砷化镓/氮化镓半导体国产化24

3、三安光电加入制造环节，国产替代加速24

（1）国内砷化镓/氮化镓半导体制造实现零突破24

（2）军工需求将成为三安光电突破口25

（3）民用市场国产替代即将开启25

六、风险因素25

砷化镓/氮化镓半导体引爆市场热点。

由于砷化镓和氮化镓半导体材料的特殊性，该器件将会是未来集成电路的重要发展方向，国家正大力支持该行业的迅速发展，最近也引起了市场的广泛关注。

砷化镓和氮化镓主要依附于MOCVD进行外延生产，技术含量高，国内LED芯片龙头三安光电早在两三年前就在布局该行业，近期发布定增预案，计划募集资金16亿元，总投入达30亿元人民币用于通讯微电子器件项目，生产砷化镓高速半导体器件与氮化镓高功率半导体器件。

国内砷化镓/氮化镓半导体在军工及无线通讯等领域需求旺盛，而相关标的稀缺，因此我们看好该行业未来发展，同时也将持续关注该领域中相关投资机会。

砷化镓半导体：

射频通讯核心，百亿美元大市场。

砷化镓半导体具备高工作频率、电子迁移速率、抗天然辐射及耗电量小等特性在微波通讯领域大规模应用。

一方面，随着智能手机进入4G时代，以至于后面的5G及物联网的崛起，多模多频的砷化镓微波功率器件需求量较3G时代将大幅提升。

根据我们估算，2014年度全球手机砷化镓功率元件需求量接近120亿颗，国内手机市场砷化镓元件需求量超过35亿颗。

4G及未来的5G通讯已成为砷化镓微波半导体重要的成长驱动力。

另一方面，无线通讯的拉动下催生砷化镓半导体由原先的国外IDM群雄割据发展到现在的代工经营模式，专业的砷化镓半导体晶圆制造出现。

氮化镓半导体：

节能产业的未来。

氮化镓半导体自2013年开始逐步从军工领域向民用市场拓展，美国、欧洲、及中国政府均出台相关政策大力推进氮化镓半导体产业，国际半导体大厂关于氮化镓器件的收购和合作也不断发生，氮化镓半导体已经成了各家必争之地。

未来随着氮化镓半导体在新能源、智能电网、4C产业及物联网的应用逐步拓展，全球氮化镓半导体市场潜在规模达94亿美元。

国内机会：

三安光电拉开砷化镓/氮化镓半导体国产替代序幕。

三安光电将投资砷化镓/氮化镓半导体制造，填补我国在制造环节的空白。

一方面，三安将借军工订单正式切入砷化镓/氮化镓半导体领域，目前三安已经与成都亚光签订6600万元流片订单，鉴于国内军工用砷化镓/氮化镓器件需求巨大，只要公司产品量产，订单将能够保证。

另一方面，国内锐迪科、国民技术、汉天下等设计公司，均将会是三安光电未来潜在客户,海外也将会是开发的重点领域。

随着三安通讯电子器件项目投产，将实现年产能36万片（6寸片），规模更甚于目前全球砷化镓晶圆代工龙头台湾稳懋，借助国家力量，三安光电从国防应用领域切入，将不仅是“LED芯片界的台积电”，还有望成长为“砷化镓/氮化镓芯片界的台积电”。

砷化镓和氮化镓半导体最近引起了市场的广泛关注。

国内LED芯片龙头企业三安光电近期发布定增预案，计划募集资金16亿元，总投入达30亿元人民币用于通讯微电子器件项目，生产砷化镓高速半导体器件与氮化镓高功率半导体器件。

这一消息吸引了大量投资者将目光投注于砷化镓和氮化镓半导体领域。

尽管砷化镓和氮化镓功率器件可谓是半导体领域的大蓝海，但关于这种新型材料半导体的研究非常少，市场上对于功率半导体究竟是什么、应用领域、行业现状以及未来的前景还不是那么清楚，对于行业内相关的投资机会也尚未有充分的认识。

本报告主要回答了三个与行业紧密相关的问题：

1）砷化镓/氮化镓半导体究竟是什么，目前的应用领域及发展状况如何。

2）砷化镓/氮化镓半导体的增长点在哪里。

对于砷化镓半导体来说，无线通讯领域的应用是其主要驱动力。

多模多频的4G及物联网时代，砷化镓微波功率器件需求量较3G时代翻倍增加。

根据我们估算，2014年度全球手机砷化镓功率元件需求量接近120亿颗，国内手机市场砷化镓元件需求量超过35亿颗。

对于氮化镓半导体来说，目前行业处于刚起步阶段，传统半导体厂商关于氮化镓器件的收购和合作、许可协议不断发生。

新能源汽车领域的应用是氮化镓半导体的下一个爆发点。

3）国内企业在行业内的机会。

国内市场智能手机和军工领域对功率半导体需求旺盛。

国家政策落地，大力扶持本土半导体产业发展。

三安光电将投资砷化镓半导体制造，填补我们在砷化镓制造环节的空白，拉开国产替代序幕。

把握近年来国产手机终端品牌崛起，全球半导体产业东移之势确定的机会，借助国家力量，三安光电从国防应用领域切入，将不仅是“LED芯片界的台积电”，还有望成长为“砷化镓/氮化镓芯片界的台积电”。

我们看好这一快速成长行业未来的发展，同时也将持续关注这一领域中相关的投资机会。

一、概述

1、砷化镓外延片生长介绍

生产一颗砷化镓IC，制程依序是拉晶（基板制造），其次是外延片制造，再其次就进入和硅IC一样的生产流程，最后是封装与测试。

砷化镓制程与硅最大的不同点，就在于砷化镓的外延片过程比较复杂，所以才形成了单独的外延环节，而硅的外延步骤则多在晶圆厂中进行。

砷化镓外延厂必须先取得基板晶圆之后才能进行外延片生长。

这个过程中会因产品用途不同，在砷化镓晶圆片上面放上一些特定材料，例如：

AlGaAs、InGaP等，以材料掺杂、结构调整等方式达到客户对组件电性特性的要求。

通常砷化镓外延片生长有两种方式：

MOCVD和MBE。

目前美国厂商主要采用MBE的生长方式，日韩和台湾厂商多采用MOCVD的外延片生长方式。

由于MOCVD较MBE在稳定性、生长速率、制造成本等方面优势显著，stategyanalytics预计在砷化镓外延片市场，MOCVD将逐渐取代MBE。

2、砷化镓/氮化镓半导体：

功率半导体的分支

功率半导体的目的是使电能更高效、更节能、更环保并给使用者提供更多方便。

如变频空调，智能手机的电源管理系统。

如果说CPU是电子产品的大脑，那么功率半导体就称得上电子产品的肌肉。

砷化镓/氮化镓材料因其高频性能优势，被用于制造功率半导体。

是指进行电能（功率）处理的半导体器件，目前75%以上的电能应用需要由功率半导体器件进行功率变换以后才能供设备使用。

目前功率半导体被广泛应用在通信、军事、汽车电子、太阳能电池等领域，几乎每个电子产品中都离不开功率半导体。

而我国也是功率半导体最大消费市场，几乎占到了一半的份额。

光纤通信领域，大于25Ｇ比特／秒的光通信传输系统，其光通信收发系统均需采用砷化镓超高速专用电路。

无线通讯领域，以射频IC为主，集中在PA（功率放大器），LNA（低杂讯功率放大器）等通讯元件上。

由于功率集成电路具有噪声低、速度快、低电压、功率转换效率高等特点，因而被看作移动通信的首选电路，特别是全球定位系统的应用。

军事领域，激光制导导弹，海湾战争赢得“砷化镓打败钢铁”的美名。

另外军用雷达探测也是功率半导体的重要应用之一。

3、SiC功率半导体

SiC与GaN都是第三代半导体材料的代表，与Si称霸第一代半导体，GaAs统治第二代半导体不同，第三代半导体中SiC与GaN并存。

除了SiC是间接带隙半导体材料没有光学性能，不能制造光电器件外，两者性能接近，SiC与GaN半导体应用领域有很多重合之处。

SiC在1200V电压以上性能优于GaN。

目前SiC功率半导体仍处于发展初期，晶圆生长过程中一出现材料的位错缺陷等，导致SiC器件的可靠性下降。

另一方面，晶圆生长难度大导致SiC单晶材料昂贵，仅少数公司能够提供SiC单晶片，价格居高不下也阻碍SiC进入民用功率半导体市场。

而美国的Cree公司在SiC半导体领域申请了许多专利，技术垄断，也严重制约了其他公司在SiC领域的发展。

相比较，GaN材料有望成为第三代半导体的领导者。

二、砷化镓/氮化镓半导体：

半导体贵族引爆市场热点

国内LED芯片龙头企业三安光电近期发布定增预案，计划募集资金16亿元，总投资达30亿元人民币用于通讯微电子器件项目，生产砷化镓高速半导体器件与氮化镓高功率半导体器件。

这一消息吸引了大量投资者将目光投注于砷化镓和氮化镓半导体领域。

1、砷化镓/氮化镓半导体：

半导体贵族

半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基础。

随着新的半导体材料出现、电力电子技术进步与制作工艺的提高，半导体在过去经历了三代变化。

砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）半导体分别作为第二代和第三代半导体的代表，相比第一代半导体硅价格昂贵，可谓是半导体中的贵族。

1947年第一个硅基晶体管出现，拉开了半导体时代的序幕。

目前，半导体器件和集成电路仍然主要是用硅晶体材料制造的。

硅半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个信息产业的飞跃。

随着半导体应用不断向微波（高频）段拓展，以砷化镓为代表的第二代半导体材料显示出巨大的优越性。

砷化镓的禁带宽度大于硅，电子迁移率高，约为硅中电子迁移率的7倍，因此适用于制作微波功率半导体，能满足信息处理的高速化、高频化需求。

另外砷化镓的光电转换效率高，可以制作成半导体激光器和红外光电器件。

第三代半导体材料的兴起，是以氮化镓材料的突破为起点，其禁带宽度远远大于前两代半导体材料，因此也被称为宽禁带半导体。

由于氮化镓禁带宽度更宽，高频性能比第二代更好，节能效果更显著，从2013年开始，氮化镓在功率半导体领域的应用开始起步。

目前砷化镓材料为代表的第二代半导体主要应用于高频（即微波）领域，第三氮化镓半导体处于刚刚起步阶段，以超大功率应用为主。

2、砷化镓/氮化镓半导体：

放大与开关器件

砷化镓/氮化镓材料因其优异的高频性能，常用来制造功率半导体，在应用中通过变频、变压、变流、功率放大及管理的方式实现两大功能：

放大和开关。

目前75%以上的电能应用需要进行功率变换以后才能供设备使用。

放大：

低频功率变为高频功率，充分利用放大作用，就可以使用小功率驱动马达。

开关：

切换电路的开与关，切换电路开与关的开关速度越快，越能实现精密控制。

二、砷化镓半导体：

射频通讯的核心，百亿美元大市场

1、无线通讯推动砷化镓半导体市场快速发展

砷化镓主要用于微波功率器件，即工作在微波波段（频率300~300000兆赫之间）的半导体器件。

由于Si在物理特性上的先天限制，仅能应用在1GHz以下的频率。

然而近年来由于无线高频通讯产品迅速发展，使得具备高工作频率、电子迁移速率、抗天然辐射及耗电量小等特性的砷化镓脱颖而出，在微波通讯领域大规模应用。

（1）手机通讯领域

在手机无线网络中，系统中的无线射频模组必定含有两个关键的砷化镓半导体零组件：

以HBT设计的射频功率放大器（RFPA）和以pHEMT设计的射频开关器。

传统2G手机中，一般需要2个功率放大器（PA）；另外2G手机只有一个频段，噪声要求低，使用1个射频开关器。

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