氮化镓产业链深度解析报告.docx
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1、氮化镓产业链深度解析报告根据阿里巴巴达摩院发布的2021十大科技趋势预测的第一大趋势是“以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体迎来应用大爆发”。达摩院指出,近年来第三代半导体的性价比优势逐渐显现,正在打开应用市场:SiC元件已用作汽车逆变器,GaN快速充电器也大量上市。半导体材料演进图:资料来源:Yole, 国盛证券相对于第一代(硅基)半导体,第三代半导体禁带宽度大,电导率高、热导率高,其具有临界击穿电场高、电子迁移率高、频率特性好等特点。氮化镓(GaN)是最具代表性的第三代半导体材料,成为高温、高频、大功率微波器件的首选材料之一,是迄今为止理论上电光、光电转换效率最高的材料
2、体系。氮化镓优异特性:资料来源:品利基金目前GaN器件有三分之二应用于军工电子,如军事通讯、电子、干扰、雷达等领域;在民用领域,氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。未来五年,基于第三代半导体材料的电子器件将广泛应用于5G基站、新能源汽车、特高压、数据中心等场景。氮化镓市场规模根据Yole数据,2019年氮化镓器件的市场规模约6000万美金,预计到2022年,全球氮化镓器件的市场规模将达到4.45亿美金。从全球区域来看,2019年亚太地区占全球氮化镓市场的36.34%。由于氮化镓终端应用日益普及,TransparencyMarketResearch预计,2019至2027年亚太地区将继续
3、占据主导地位。氮化镓产业链氮化镓产业链包括衬底、外延、芯片设计、芯片制造、封测、下游应用等垂直分布环节。氮化镓器件产业链及主要企业:资料来源:国海证券氮化镓产业链上游:衬底虽然GaN自支撑衬底缺陷密度较低,但由于成本高居不下,因此业界常以蓝宝石、碳化硅、硅作为衬底。硅基GaN市场快速增长:资料来源:Yole目前主流氮化镓器件公司都采用碳化硅衬底,因为基于碳化硅衬底的氮化镓器件比硅衬底氮化镓器件性能更好,良率更高,更能体现氮化镓材料优势。碳化硅衬底虽然和GaN匹配更好,但是碳化硅衬底成本高昂,与硅衬底相比,氮化硅衬底的GaN器件成本高100倍,衬底处理时间相差200-300倍,因此众多厂商在积极
4、推进GaN onSi布局。目前,GaN自支撑衬底仍以2-4英寸小尺寸晶圆为主。随着硅晶圆不断向大尺寸扩展,预计硅基GaN器件成本将降低30%-50%。由于GaN衬底单价较高,主要面向科研、激光显示、射频、电力电子等高端市场。GaN不同衬底路径布局概览图:图表来源:Yole从全球GaN衬底市场格局来看,日本厂商在GaN衬底占据领先位置,包括住友电工、三菱化学、住友化学等,三家日商合计市场份额超过85%。我国GaN核心材料、器件原始创新能力相对薄弱,主要研发仍集中于军工方面。国内碳化硅衬底主要有天科合达、天岳、中电科等;国内从事GaN单晶生长的企业,主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特和芯元基等。赛
5、迪顾问预测,到2022年我国GaN衬底市场规模将达到5.67亿元。氮化镓产业链上游:材料外延GaN技术的难点在于晶圆制备工艺,由于制备氮化镓的单晶材料无法从自然界中直接获取,所以氮化镓的主要制备方法是在蓝宝石、碳化硅、硅等异质衬底上进行外延。目前,GaN器件的售价还比较高,是同电压等级的Si器件的45倍。GaN器件的成本主要来源于外延部分。氮化镓外延片海外相关企业主要有比利时的EpiGaN、英国的IQE、日本的NTT-AT。从事氮化镓外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子、海陆重工、晶湛半导体、江苏能华、英诺赛科等。在外延片方面,46英寸Si基GaN外延片已经实现量产,目前市场份额最高的是住
6、友电工、Cree、Qorvro等三家厂商。Cree收购整合Wolfspeed,在基于SiC衬底的GaN具有较强技术优势,具有较高电子迁移率。Qorvo的GaN产品在国防和航天领域市占率第一名。富士通、东芝、三菱电机等也在积极布局。国内GaN衬底研究合作情况:资料来源:华西证券氮化镓产业链中游:器件设计和制造化合物半导体芯片性能与材料、结构设计和制造工艺之间的关联性较强,因此很多企业采用IDM模式。氮化镓下游应用行业拥有大量的市场参与者,全球产能集中于IDM厂商,设计与制造环节逐渐向垂直分工合作模式转变。IDM企业中日本的住友电工与美国的Cree为行业龙头,市场占有率均超过30%。中国GaN器件
7、IDM企业有苏州能讯、英诺赛科,大连芯冠科技正在布局,海威华芯和三安集成可提供GaN器件代工服务,其中海威华芯主要为军工服务。中电科13所、55所同样拥有GaN器件制造能力。国内士兰微、世纪金光、泰科天润也都是IDM模式为主。GaN产业链也有许多Fabless企业,如EPC、Dialog、GaN system等,委托台积电等企业代工。国从事氮化镓器件的厂商主要有三安光电、闻泰科技、赛微电子、聚灿光电、乾照光电等。氮化镓产业链下游应用早在60年代氮化镓已经应用于LED产品中。近几年,随着技术逐渐走向成熟,目前氮化镓器件已应用于微波射频器件(通信基站等),电力电子器件(电源等),光电器件(LED照
8、明、激光等)。射频领域:5G基站、军工是GaN重要成长驱动氮化镓作为一种宽禁带半导体,具有高功率密度、低能耗、适合高频率、支持宽带宽等特点,是实现5G 的关键材料。目前射频器件领域LDMOS、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN三)者占比相差不大,但据Yole预测,至2025年,砷化镓市场份额基本维持不变的情况下,氮化镓有望替代大部分LDMOS份额,占据射频器件市场约50%的份额。随着5G时代的到来,5G基站建设将大幅度带动氮化镓射频与功率器件市场。射频领域:5G基站空间巨大射频领域是GaN目前渗透率较高、未来发展前景大的产业,尤其是用于价格敏感度较低的基站建设和改造。由于GaN材料的散热特性、
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