2020中國第三代半導體GaN射頻市場趨勢行業應用場景產業研究報告（30頁）.docx

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1、2020 年深度行業分析研究報告目錄一、第三代半導體 GaN：射頻、電源、光電子廣泛運用11.1 5G 時代，第三代半導體優勢明顯11.2 GaN 優勢明顯，5G 時代擁有豐富的應用場景2二、射頻：5G 基站、雷達GaN 射頻器件大有可為32.1 GaN 在高溫、高頻、大功率射頻應用中獨具優勢32.2 GaN 射頻市場規模到 2024 年約為 20 億美元，CAGR 達 21%62.3 GaN 射頻市場：美日統治，歐洲次之，中國新進8三、電力電子：GaN 推動快充、汽車電子進入小體積、高效率時代103.1 GaN 在汽車電子上擁有多樣的應用場景103.2 GaN 可為下一代充電器市場提供更優選

2、擇113.3 GaN 電源市場到 2024 年約 3.5 億美元，CAGR 達 85123.4 Infineon 和 Transphorm 是功率 GaN 專利領域的領導者13四、光電子：GaN 低功耗、高發光效率為 LED、紫外激光器助力154.1 GaN 是藍光 LED 的基礎材料，在 Micro LED、紫外激光器中有重要應用154.2 GaN 光電子市場成長快速，市場規模增量可期17五、重要 GaN 企業及產業鏈梳理185.1 CREE：全球最大的 SiC 和 GaN 器件制造商185.2 Infineon：世界領先的半導體與系統解決方案提供商195.3 住友電工：全球 GaN 射頻器

3、件第一大供應商205.4 Navitas：世界領先的 GaN 功率 ICGaNFast 技術的創造者215.5 三安光電：全面布局 GaN 射頻、功率器件、光電的國產龍頭215.6 海威華芯：中國純晶圓代工（Foundry）廠商的新生力量225.7 全球 GaN 產業鏈七大版塊及代表廠商一覽23圖目錄圖 1：GaN 晶體結構2圖 2：GaN 的下游應用2圖 3：5G 時代 GaN 的應用場景2圖 4：三代半導體工藝覆蓋情況3圖 5：不同尺寸無線電最合適的技術3圖 6：4G LTE 遠程無線電前端架構(a)與包含 192 個天線單元的 mMIMO 無線電前端（b）4圖 7：典型的 mMIMO 無

4、線電設備功能模塊圖4圖 8：GaN 賦能 5G 單片前端解決方案5圖 9：高功率放大器技術的性能對比5圖 10：GaN 在射頻市場更關注高功率、高頻率市場6圖 11：GaN RF 器件市場規模預測6圖 12：2018-2024 GaN RF 器件市場規模預測7圖 13：Doherty PA 在 8dB 的效率7圖 14：GaN 在基站中大量使用7圖 15：GaN-on-SiC、GaN-on-Si、GaN-on-Diamond 發展預測7圖 16：GaN RF 玩家全球市場格局8圖 17：GaN RF 市場重要玩家的專利實力8圖 18：與 GaN-on-SiC 和 GaN-on-Si 有關的專利

5、出版的時間演變9圖 19：GaN MMIC 的專利領導者9圖 20：電源開關的分類10圖 21：GaN 在汽車電子中的應用10圖 22：智能手機屏幕尺寸與電池容量11圖 23：27w GaN 充電器 VS Apple30W 充電器11圖 24：GaN 增加了功率和效率11圖 25：Navitas 的 GaNFast 技術12圖 26：長期 GaN 功率市場演變12圖 27：2018-2024 年，受大功率快充應用推動的功率 GaN 器件市場預測13圖 28：GaN 行業格局演變，擁有大量市場機會13圖 29：各領域主要專利受讓人14圖 30：功率 GaN 的 IP 領導地位的演變（2015-2

6、019）14圖 31：基于 GaN-on-Si 技術的 Micro LED16圖 32：紫外激光器照到復印紙上形成的藍色光斑16圖 33：GermFalcon 系統16圖 34：Micro LED 產業鏈情況17圖 35：CREE 營收持續減少，面臨較大經營壓力18圖 36：Infineon 2019 財年分產品收入情況19圖 37：Infineon 2015-2019 財年營業收入情況19圖 38：2017 年前十功率半導體器件企業市場占有率19圖 39：Infineon 各業務市場地位19圖 40：2018 年 Security IC 前五大廠商19圖 41：2018 年汽車半導體前十大廠

7、商（總規模：$37.7B）19圖 42：公司中期經營計劃20圖 43：住友電工 2014-2018 財年營業收入情況20圖 44：Navitas 的 GaN 功率 IC 效果圖21圖 45：三安光電 2014-2019 年 Q3 營業收入情況22圖 46：母公司海特高新 2015-2019 年 Q3 營業收入情況（億元）23圖 47：海威華芯在產業鏈中的位置23表目錄表 1：三代半導體材料概覽1表 2：主要半導體材料的性質1表 3：高功率射頻技術對比5表 4：產生 LED 白光的幾種方法及比較15表 5：CREE 主要業務概覽18表 6：三安集成技術平臺介紹22表 7：硅襯底供應商23表 8：

8、硅基 GaN 外延片供應商24表 9：功率 GaN 器件代工廠（外延+器件制造）24表 10：器件設計+GaN 外延制造24表 11：器件和外延設計25表 12：純代工廠25表 13：IDM26一、第三代半導體 GaN：射頻、電源、光電子廣泛運用1.1 5G 時代，第三代半導體優勢明顯第一代半導體材料主要是指硅（Si）、鍺（Ge）元素半導體。它們在國際信息產業技術中的各類分立器件和 集成電路、電子信息網絡工程等領域得到了極為廣泛的應用。第二代半導體材料是指化合物半導體材料，如砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）、磷化銦（InP），以及三 元化合物半導體材料，如鋁砷化鎵（GaAsAl）、磷砷化

9、鎵（GaAsP）等。還有一些固溶體半導體材料，如鍺硅（Ge-Si）、砷化鎵-磷化鎵（GaAs-GaP）等；玻璃半導體（又稱非晶態半導體）材料，如非晶硅、玻璃態氧化物 半導體等；有機半導體材料，如酞菁、酞菁銅、聚丙烯腈等。第二代半導體材料主要用于制作高速、高頻、大功 率以及發光電子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及發光器件的優良材料。第三代半導體材料主要是以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為 代表的寬禁帶（禁帶寬度 Eg2.3eV）的半導體材料。表 1：三代半導體材料概覽半導體類型代表性材料第一代元素半導體硅（Si）、鍺（Ge）等第二代普通化合物半

10、導體砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）、磷化銦（InP）、鋁砷化 鎵（GaAsAl）、磷砷化鎵（GaAsP）等第三代寬禁帶半導體碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等資料來源：中國知網，證券研究發展部寬禁帶半導體是高溫、高頻、抗輻射及大功率器件的適合材料。與第一代和第二代半導體材料相比，第三 代半導體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率、更大的電子飽和速度以及更高的抗輻射 能力，更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。從目前第三代半導體材料及器件的研究來看，較為成熟 的第三代半導體材料是 SiC 和 GaN，而 ZnO、金剛石、氮化鋁等第三代半導體材料的研究尚屬起步階段。表

11、 2：主要半導體材料的性質材質SiGaAsGaNSiC禁帶結構間接帶隙直接帶隙間接帶隙直接帶隙禁帶寬度（eV）1.11.43.43.3擊穿場強（kV/cm）0.30.43.32.8熱導率（W/cmK）1.50.51.34.9電子遷移率（cm/Vs）1350850020001000電子飽和漂移速率（107cm/s）112.72.2介電常數11.913.1910.1器件理論最高工作溫度（）175350800600資料來源：中國知網，證券研究發展部261.2 GaN 優勢明顯，5G 時代擁有豐富的應用場景氮化鎵（GaN）是極其穩定的化合物，又是堅硬和高熔點材料，熔點為 1700。GaN 具有高的電離

12、度，在 三五族化合物中是最高的（0.5 或 0.43）。在大氣壓下，GaN 晶體一般是六方纖鋅礦結構，因為其硬度大，所以 它又是一種良好的涂層保護材料。GaN 具有出色的擊穿能力、更高的電子密度和電子速度以及更高的工作溫度。 GaN 的能隙很寬，為 3.4eV，且具有低導通損耗、高電流密度等優勢。圖 1：GaN 晶體結構資料來源：IEEE，證券研究發展部GaN 是一種 III/V 直接帶隙半導體，通常用于微波射頻、電力電子和光電子三大領域。具體而言，微波射頻 方向包含了 5G 通信、雷達預警、衛星通訊等應用；電力電子方向包括了智能電網、高速軌道交通、新能源汽 車、消費電子等應用；光電子方向包括

13、了 LED、激光器、光電探測器等應用。圖 2：GaN 的下游應用圖 3：5G 時代 GaN 的應用場景資料來源：集微網，證券研究發展部資料來源：Qorvo，證券研究發展部二、射頻：5G 基站、雷達GaN 射頻器件大有可為2.1 GaN 在高溫、高頻、大功率射頻應用中獨具優勢自 20 年前出現首批商業產品以來，GaN 已成為射頻功率應用中 LDMOS 和 GaAs 的重要競爭對手，其性能 和可靠性不斷提高且成本不斷降低。第一批 GaN-on-SiC 和 GaN-on-Si 器件幾乎同時出現，但 GaN-on-SiC 技術 更加成熟。目前在射頻 GaN 市場上占主導地位的 GaN-on-SiC 突

14、破了 4G LTE 無線基礎設施市場，并有望在 5G 的 Sub-6GHz 實施方案的 RRH（Remote Radio Head）中進行部署。在常用半導體工藝中，CMOS 低功耗、高集成度、低成本等優勢顯著。SiGe 工藝兼容性優勢突出，幾乎能 與硅半導體超大規模集成電路行業中的所有新工藝技術兼容。GaAs 在高功率傳輸領域具有優異的物理性能。 GaN 在高溫、高頻、大功率射頻組件應用獨具優勢?；诠暮统杀镜纫蛩?，消費終端產品明顯更多采用 CMOS 技術；CPE 采用 CMOS 和 SiGe BiCMOS；低功耗接入點則采用 CMOS、SiGe BiCMOS 和 GaAs；而高功率基站 領

15、域則是 GaAs 和 GaN 的天下。圖 4：三代半導體工藝覆蓋情況資料來源：微波雜志，證券研究發展部圖 5：不同尺寸無線電最合適的技術資料來源：微波雜志，證券研究發展部與 4G 系統相比，5G mMIMO 具有更多收發器和天線單元，使用波束賦形信號處理將射頻能量傳遞給用戶。 mMIMO 系統可將 192 個天線單元連接到 64 個發送/接收（TRx）FEM，這些 TRx FEM 具有 16 個收發器 RFIC 和 4 個數字前端（DFE)，與典型的 LTE 4T MIMO 中的 4 個收發器相比，數字信號處理性能可提高 16 倍。5G mMIMO 設計下，急劇增加的信號處理硬件極大影響了系統

16、尺寸，信號處理的功耗也在逼近板載功率放大器的 功耗，在某些情況下，甚至已經超過了板載功率放大器的功耗。圖 6：4G LTE 遠程無線電前端架構(a)與包含 192 個天線單元的 mMIMO 無線電前端（b）資料來源：微波雜志，證券研究發展部mMIMO 設計有助于減少傳統收發器架構中模數、數模轉換所需的步驟，從而縮小 5G 天線的尺寸和重量。 與 LDMOS 器件相比，硅基 GaN 提供了良好的寬帶性能和卓越的功率密度和效率，能滿足嚴格的熱規范，同 時為緊密集成的 mMIMO 天線陣列節省了寶貴的 PCB 空間。圖 7：典型的 mMIMO 無線電設備功能模塊圖資料來源：微波雜志，證券研究發展部G

17、aN 非常適合毫米波領域所需的高頻和寬帶寬，可滿足性能和小尺寸要求。使用 mmWave 頻段的應用將 需要高度定向的波束成形技術，這意味著射頻子系統將需要大量有源元件來驅動相對緊湊的孔徑。GaN 非常適 合這些應用，因為小尺寸封裝的強大性能是 GaN 最顯著的特征之一。圖 8：GaN 賦能 5G 單片前端解決方案資料來源：Qorvo，證券研究發展部在高功率放大器方面，LDMOS 技術由于其低頻限制只在高射頻功率方面取得了很小進展。GaAs 技術能夠 在 100GHz 以上工作，但其低導熱率和工作電壓限制了其輸出功率水平。50V GaN/SiC 技術在高頻下可提供數 百瓦的輸出功率，并能提供雷達

18、系統所需的堅固性和可靠性。HV GaN/SiC 能夠實現更高的功率，同時可顯著 降低射頻功率晶體管的數量、系統復雜性和總成本。圖 9：高功率放大器技術的性能對比資料來源：微波雜志，證券研究發展部表 3：高功率射頻技術對比技術TWTA50V GaN/SiCHV GaN/SiCGaN/Diamond性能高中高高可靠性低高高高成本$是否量產量產量產樣品樣品資料來源：微波雜志，證券研究發展部2.2 GaN 射頻市場規模到 2024 年約為 20 億美元，CAGR 達 21%GaN 在射頻市場更關注高功率、高頻率場景。由于 GaN 在高頻下具有較高的功率輸出和較小的面積，GaN 已被射頻行業廣泛采用。隨

19、著 5G 到來，GaN 在 Sub-6GHz 宏基站和毫米波（24GHz 以上）小基站中找到一席 之地。GaN 射頻市場將從 2018 年的 6.45 億美元增長到 2024 年的約 20 億美元，這主要受電信基礎設施和國防 兩個方向應用推動，衛星通信、有線寬帶和射頻功率也做出了一定貢獻。圖 10：GaN 在射頻市場更關注高功率、高頻率市場資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部隨著新的基于 GaN 的有源電子掃描陣列（AESA）雷達系統的實施，基于 GaN 的軍用雷達預計將主導 GaN軍事市場，從 2018 年的 2.7 億美元增長至 2024 年的 9.77 億美元，C

20、AGR 達 23.91，具有很大的增長潛力。GaN 無線基礎設施的市場規模將從 2018 年的 3.04 億美元增長至 2024 年的 7.52 億美元，CAGR 達 16.3%。GaN有線寬帶市場規模從 2018 年的 1,550 萬美元增長至 2024 年的 6,500 萬美元，CAGR 達 26.99%。GaN 射頻功率市場規模從 2018 年的 200 萬美元增長至 2024 年的 10,460 萬美元，CAGR 達 93.38%，具有很大的成長空間。圖 11：GaN RF 器件市場規模預測資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部圖 12：2018-2024 GaN

21、 RF 器件市場規模預測資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部在基站收發器（BTS）生態系統中引入 GaN 可大幅提高前端效率，使其成為適用于高功率和低功耗應用的 新技術，GaN-on-Si 有望挑戰基站收發器（BTS）和射頻功率市場中現有的 LDMOS 方案。為了滿足多樣化的 5G 要求，GaN 制造商需要提供涵蓋多種頻率和功率水平的選擇。圖 13：Doherty PA 在 8dB 的效率圖 14：GaN 在基站中大量使用資料來源：Qorvo，證券研究發展部資料來源：Qorvo，證券研究發展部在要求高頻高功率輸出的衛星通信中，預計 GaN 將逐漸取代 GaAs 解決方案

22、。在有線電視（CATV）和民用雷達市場，與 LDMOS 或 GaAs 相比 GaN 的成本仍然較高，但其附加值顯而易見。對于代表 GaN 巨大的消 費級射頻功率傳輸市場，GaN-on-Si 可提供更具成本效益的解決方案。圖 15：GaN-on-SiC、GaN-on-Si、GaN-on-Diamond 發展預測資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部2.3 GaN 射頻市場：美日統治，歐洲次之，中國新進據 Yole 統計，2019 年全球 3750 多項專利一共可分為 1700 多個專利家族。這些專利涉及 RF GaN 外延、RF 半導體器件、集成電路和封裝等。Cree（Wo

23、lfspeed）擁有最強的專利實力，在 RF 應用的 GaN HEMT 專利競爭 中，尤其在 GaN-on-SiC 技術方面處于領先地位，遠遠領先于其主要專利競爭對手住友電工和富士通。英特爾和 MACOM 是目前最活躍的 RF GaN 專利申請者，主要聚焦在 GaN-on-Si 技術領域。GaN RF HEMT 相關專利領 域的新進入者主要是中國廠商，例如 HiWafer（海威華芯），三安集成、華進創威。圖 16：GaN RF 玩家全球市場格局資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部圖 17：GaN RF 市場重要玩家的專利實力資料來源：Yole Dveloppement，

24、證券研究發展部與 RF GaN-on-Si 相關的專利自 2011 年以來一直穩定增長，與 GaN-onSiC 相關的專利則一直在波動。RF GaN-on-Si 專利中，17%的 RF GaN 專利明確聲明用于 GaN 襯底。主要專利受讓人是英特爾和 MACOM，其次 是住友電工、英飛凌、松下、HiWafer、CETC、富士通和三菱電機。圖 18：與 GaN-on-SiC 和 GaN-on-Si 有關的專利出版的時間演變資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部GaN MMIC 領域，Toshiba 和 Cree（Wolfspeed）擁有最重要的專利組合。Cree 在該領域的

25、 IP 地位最強，但 是東芝目前是最活躍的專利申請人，在未來幾年中將進一步鞏固其 IP 地位。主要新進入者是 Tiger Microwave（泰格微波）和華進創威。在 RF GaN PA 領域，Cree（Wolfspeed）處于領先地位。其他主要的 IP 廠商是東芝、 富士通、三菱電機、Qorvo、雷神公司和住友電機，新進者有 MACOM。GaN RF 開關領域，英特爾表現最活躍， 新進者有 Tagore Technology。Intel 是 GaN RF 濾波器的主要專利請人。圖 19：GaN MMIC 的專利領導者資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部三、電力電子：G

26、aN 推動快充、汽車電子進入小體積、高效率時代3.1 GaN 在汽車電子上擁有多樣的應用場景GaN 技術有望大幅改進電源管理、發電和功率輸出等應用。2005 年電力電子領域管理了約 30的能源，預 計到 2030 年，這一數字將達到 80%。這相當于節約了 30 億千瓦時以上的電能，這些電能可支持 30 多萬個家 庭使用一年。從智能手機充電器到數據中心，所有直接從電網獲得電力的設備均可受益于 GaN 技術，從而提高 電源管理系統的效率和規模。硅電源開關成功解決了低電壓（100 伏）或高電壓容差（IGBT 和超結器件）中的效率和開關頻率問題。然 而，由于硅的限制，單個硅功率 FET 中無法提供全

27、部功能。寬帶隙功率晶體管（如 GaN 和 SiC）可以在高壓和 高開關頻率條件下提供高功率效率，從而遠遠超過硅 MOSFET 產品。由于材料特性的差異，SiC 在高于 1200V 的高電壓、大功率應用具有優勢，而 GaN 器件更適合 40-1200V 的高頻應用，尤其是在 600V/3KW 以下的應用場合。因此，在微型逆變器、伺服器、馬達驅動、UPS 等領域， GaN 可以挑戰傳統 MOSFET 或 IGBT 器件的地位。GaN 讓電源產品更為輕薄、高效。圖 20：電源開關的分類圖 21：GaN 在汽車電子中的應用資料來源：Infineon，證券研究發展部資料來源：EPC，證券研究發展部現行汽

28、車的特點和功能是耗電和電子驅動，給傳統的 12V 配電總線帶來了額外負擔。對于 48V 總線系統， GaN 技術可提高效率、縮小尺寸并降低系統成本。而光線式距離保持和測量功能（激光雷達）使用脈沖激光快 速提供車輛周圍環境的高分辨率 360三維圖像，GaN 技術可使激光信號發送速度遠高于同類硅 MOSFET 器 件?；?GaN 的激光雷達使自主駕駛車輛能夠看得更遠、更快、更好，從而成為車輛眼睛。此外，GaN FET 工 作效率高，能以低成本實現最大的無線電源系統效率。用于高強度 LED 前照燈時，GaN 技術可提高效率，改善 熱管理并降低系統成本。而更高的開關頻率允許在 AM 波段以上工作并降

29、低 EMI。綜合來看，GaN 在汽車電子 方面擁有豐富的應用場景。3.2 GaN 可為下一代充電器市場提供更優選擇GaN 在未來幾年將在許多應用中取代硅，其中，快充是第一個可以大規模生產的應用。在 600 伏特左右的 電壓下，GaN 在芯片面積、電路效率和開關頻率方面的表現明顯好于硅，因此在壁式充電器中可以用 GaN 來 替代硅。5G 智能手機的屏幕越來越大，與之對應的是手機續航的需求越來越高，這意味著電池容量的增加。GaN 快充技術可以很好地解決大電池帶來的充電時長問題。圖 22：智能手機屏幕尺寸與電池容量資料來源：eetimes，證券研究發展部硅正在逐漸達到其物理極限，特別是在功率密度方面

30、。這反過來限制了配備硅功率組件的設備的緊湊程度。 在非常高的電壓、溫度和開關頻率下，GaN 與硅相比具有優越的性能，可顯著提高能源效率。功率 GaN 于 2018 年中后期在售后市場中出現，主要是 Anker、Aukey 和 RAVpower 的 24 至 65 瓦充電器。圖 23：27w GaN 充電器 VS Apple30W 充電器圖 24：GaN 增加了功率和效率資料來源：充電頭網，證券研究發展部資料來源：半導體行業觀察，證券研究發展部在 1990 年代對分立 GaN 及 2000 年代對集成 GaN 進行了多年學術研究之后，Navitas 的 GaNFast 源集成電 路現已成為業界公

31、認的，具有商業吸引力的下一代解決方案。它可以用來設計更小、更輕、更快的充電器和電 源適配器。單橋和半橋的 GaNFast 電源 IC 是由驅動器和邏輯單片集成的 650V 硅基 GaN FET，采用四方扁平無 引線（QFN）封裝。GaNFast 技術允許高達 10 MHz 的開關頻率，從而允許使用更小、更輕的無源元件。此外， 寄生電感限制了 Si 和較早的分立 GaN 電路的開關速度，而集成可以最大限度地減少延遲和消除寄生電感。圖 25：Navitas 的 GaNFast 技術資料來源：Navitas，證券研究發展部3.3 GaN 電源市場到 2024 年約 3.5 億美元，CAGR 達 85

32、2019 年 9 月，OPPO 宣布在其 65W 內置快速充電器中采 GaN HEMT 器件，GaN 在 2019 年首次進入主流消 費應用。2020 年 2 月，小米公司在小米 10 發布會上也宣布使用 65W 的 GaN 快充，引起了市場極大的關注， GaN 功率器件在 2020 年預計將會加速普及。由于 GaN 充電器具有體積小、發熱低、功率高、支持 PD 協議的 特點，GaN 充電器有望在未來統一筆記本電腦和手機的充電器市場。據 Yole 預測，受消費者快速充電器應用推動，到 2024 年 GaN 電源市場規模將超過 3.5 億美元，CAGR 為 85，有極大增長空間。此外，GaN 還

33、有望進入汽車及工業和電信電源應用中。從生產端看，GaN 功率半導體 已開始批量出貨，但其價格仍然昂貴。制造成本是阻礙市場增長的主要障礙，因為到今天 GaN 仍主要使用 6 英寸及以下晶圓生產。一旦成本可降低到一定門檻，市場就會爆發。圖 26：長期 GaN 功率市場演變資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部基于手機快充的激烈競爭，OPPO、vivo、小米等中國手機廠商將帶動 GaN 功率市場快速增長。GaN 功率 器件領域一直由 EPC，GaN Systems，Transphorm 和 Navitas 等純 GaN 初創公司主導，他們的產品主要是 TSMC， Episil

34、或 X-FAB 代工生產。國內新興代工廠中，三安集成和海威華芯具有量產 GaN 功率器件的能力。圖 27：2018-2024 年，受大功率快充應用推動的功率 GaN 器件市場預測資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部圖 28：GaN 行業格局演變，擁有大量市場機會資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部3.4 Infineon 和 Transphorm 是功率 GaN 專利領域的領導者隨著中國 OEM 廠商 OPPO 在其 65W 快速充電器中采用 GaN HEMT，功率 GaN 正在進入主流消費應用。 到 2024 年，GaN 電源市場的價值將超過

35、3.5 億美元，CAGR 為 85。在近幾年的激烈競爭中，Infineon 和 Transphorm 掌握了最頂級的功率 GaN 專利。Infineon 的專利最全面，可在各個 GaN 應用場景進行商業活動。而 Transphorm 則主攻功率 GaN，暫時領先其他競爭廠商。圖 29：各領域主要專利受讓人資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部圖 30：功率 GaN 的 IP 領導地位的演變（2015-2019）資料來源：Yole Dveloppement，證券研究發展部英飛凌憑借其在 2014 年獲得的國際整流器（International Rectifier）專利引領串

36、疊組態（cascode topology） 相關領域。富士通和 Transphorm 則擁有與 E 型 GaN 晶體管相關的重要專利。英飛凌，EPC 和瑞薩目前在積極 地進行功率 GaN 專利的研發和申請。并且，英飛凌和英特爾都在研發將 GaN 功率器件與其他類型的器件（例 如射頻電路和 LED 和/或 Si CMOS 技術）進行單片集成的技術。四、光電子：GaN 低功耗、高發光效率為 LED、紫外激光器助力4.1 GaN 是藍光 LED 的基礎材料，在 Micro LED、紫外激光器中有重要應用1993 年，Nichia 公司中村修二推出了第一只高亮度 GaN 藍光 LED，解決了自 196

37、2 年 LED 問世以來高效 藍光缺失的問題，1996 年又首次在藍光 LED 上涂覆黃色熒光粉從而實現白光發射，開啟了 LED 白光照明的新 時代。目前實現白光 LED 有三種主要方法：（1）采用藍色 LED 激發黃光熒光粉，實現二元混色白光；（2）利 用紫外 LED 激發三基色熒光粉，由熒光粉發出的光合成白光；（3）基于三基色原理，利用紅、綠、藍三基色 LED 芯片合成白光。這幾種獲得白光 LED 照明的方法各有自己的優缺點。表 4：產生 LED 白光的幾種方法及比較產生白光的方式發光原理優點缺點藍光 LED 激發黃光 熒光粉以功率 GaN 基藍光 LED 芯片為泵浦 源，激發黃色熒光粉，

38、發岀黃光與原 有藍光混合產生視覺效果的白光結構簡芝,成本相對 較低，熒光粉工藝成 熟存在能量損耗,顯色指數不高（70-80），色溫偏高且漂 移，空間色度均勻性不理想紫外 LED 激發三基 色熒光粉在高亮度紫外 LED 芯片上涂敷三基 色熒光粉，利用紫外線激發熒光粉產 生三基色光，調整三色配比形成白光顏色均勻性好.顯色 指數高（90）較難獲得高效功率型紫外 LED,封裝材料在紫外線照射 下易老化，壽命縮短，效率低紅、綠、藍三基色LED 合成白光將 R、G、B 三色功率型芯片封裝在 單個器件內，調節三基色配比可獲得 寬頻帶白光顏色可任意調整，發 光效率高，顯色指數 高（95）驅動電路復雜，顔色不均

39、勻， 成本較高，色穩定性差，岀現 色漂移資料來源：中國知網，證券研究發展部Micro LED 是新一代顯示技術，比現有的 OLED 技術亮度更高、發光效率更好，但功耗更低。2017 年 5 月， 蘋果已經開始新一代顯示技術的開發。2018 年 2 月，三星在 CES 2018 上推出了 Micro LED 電視。Micro LED 顯示技術可以將 LED 結構設計薄膜化、微小化與陣列化，尺寸僅約 1100m 等級，但精準度可達傳統 LED 的 1 萬倍。此外，Micro LED 在顯示特性上與 OLED 類似，無需背光源且能自發光，唯一區別是 OLED 為有機材 料自發光。目前 OLED 受各

40、大廠商青睞，是因為在反應時間、視角、可撓性、顯色性與能耗等方面均優于 TFT- LCD，但 Micro LED 更容易準確調校色彩，且有更長發光壽命和更高亮度。Micro LED 有望繼 OLED 之后， 成為另一項推動顯示品質的技術。晶能光電目前硅襯底 GaN 基 LED 實現了 8 英寸量產，并且在單片 MOCVD 腔體中取得了 8 英寸外延片內 波長離散度小于 1nm 的優異均勻性，這對于 Micro LED 來說至關重要。商用的 12 英寸及以上的硅圓晶已經完 全成熟，隨著高均勻度 MOCVD 外延大腔體的推出，硅襯底 LED 外延升級到更大圓晶尺寸不存在本質困難。因此，硅襯底 GaN

41、 基技術的特性是制造 Micro LED 芯片的天然選擇。圖 31：基于 GaN-on-Si 技術的 Micro LED資料來源：Plessey 官網，證券研究發展部氮化鎵（GaN）因其材料的高頻特性是制備紫外光器件的良好材料，紫外光電芯片具備廣泛的軍民兩用前 景。在軍事領域，典型的軍事應用有：滅火抑爆系統（地面坦克裝甲車輛、艦船和飛機）、紫外制導、紫外告 警、紫外通信、紫外搜救定位、飛機著艦（陸）導引、空間探測、核輻射和生物戰劑監測、爆炸物檢測等。在民 用領域，典型的應用有：火焰探測、電暈放電檢測、醫學監測診斷、水質監測、大氣監測、刑事生物檢測等。由 此可見，GaN 在光電子學和微電子學領域

42、有廣泛的應用，其中 GaN 基紫外激光器在紫外固化、紫外殺菌等領域有重要的應用價值，也是國際上的研究熱點。圖 32：紫外激光器照到復印紙上形成的藍色光斑圖 33：GermFalcon 系統資料來源：中科院之聲，證券研究發展部資料來源：Dimer UVC Innovations 官網，證券研究發展部根據美國航空權威媒體Airport-technology報道，為遏制新型冠狀病毒（2019-nCov）的快速傳播，美國 洛杉磯國際機場（LAX）、舊金山國際機場（SFO）和紐約約翰肯尼迪國際機場（JFK）已經啟用了美國 Dimer UVC Innovations 公司的 UVC 紫外線殺菌機器人對所有

43、進出港的飛機內艙進行全面殺菌消毒，以有效預防新型 冠狀病毒（2019-nCov）傳播。其 GermFalcon 系統使用 UVC 紫外線消滅飛機內艙表面上和空氣中的病毒、細菌 和超級細菌，該系統的整體設計使飛機機艙的所有表面暴露在殺菌的 UVC 下。其核心光源采用了 GaN 紫外 LED 技術，使得機器人具備整體重量輕、功耗低、發光波段可控可調（對人體無害）的優點。4.2 GaN 光電子市場成長快速，市場規模增量可期根據 LEDinside 分析，LED 照明市場規模 2018-2023 年的 CAGR 為 6%。在物聯網和 5G 新時代，智慧化 產品滲透率更加迅速提升，智能家居照明的商機即將

44、爆發。此外，2022 年 Micro LED 以及 Mini LED 的市場產 值預計將會達到 13.8 億美元。下一代 Mini LED 背光技術將是各家廠商的開發重點，至 2023 年 Mini LED 市場 規模預計會達到 10 億美元。其中顯示屏應用成長速度最快，2018 年至 2023 年 CAGR 預計超過 50%。Micro LED 產業鏈大致分為 LED 芯片、轉移、面板與終端應用四大環節，目前以芯片和應用端推動力度最 大，中端環節較為薄弱。已布局的上游廠商分別有 Osram、Nichia、晶電、錼創(PlayNitride)與三安等；中游有 LuxVue、mLED 與工研院；

45、下游有 Apple、Sony 與 Lumiode 等。從區域來看，歐美廠商偏重下游終端應用開發， 亞太廠商聚焦關鍵零組件的發展。圖 34：Micro LED 產業鏈情況資料來源：拓墣產業研究院，證券研究發展部根據 LEDinside 發布的2019 深紫外線 LED 應用市場報告顯示，2018 年全球 UV LED 市場規模達 2.99 億美金，預計到 2023 年市場規模將達 9.91 億美金，2018-2023 年 CAGR 達到 27%。UV LED 廣闊的發展前景 正吸引越來越多的廠商進入?；诘壈雽w的深紫外發光二極管（LED）是紫外消毒光源的主流發展方向，其光源體積小、效率高、 壽命長，僅僅是拇指蓋大小的芯片模組，就可以發出比汞燈還要強的紫外光。由于其具備 LED 冷光源的全部潛 在優勢，深紫外 LED 是公認的未來替代紫外汞燈的綠色節能環保產品。但深紫外 LED 技術門檻很高，目前還 是處于發展階段，在光功率、光效、壽命、成本等方面還有待提升。近年來，深紫外 LED 的技術水平和芯片性能進步很快，在一些高端領域已經得到批量應用，未來預計會得到更加廣泛的應用。目前市場上高端的深紫外 LED 產品仍主要以日本、韓國廠商為主，不過越來越多的國內半導體公司開始 關注深紫外行業，進行了深度布局