2020年化合物半導體行業GaAsGaNSiC應用市場需求產業研究報告（24頁）.docx

1、2020 年深度行業分析研究報告目 錄1.化合物半導體性能優勢顯著，有望迎來快速滲透51.1 GaAs/GaN/SiC 優勢顯著，應用領域定位不同51.2 技術成熟&成本下降，SiC/GaN 有望加速滲透62 GaAs：射頻和光電子需求旺盛，有望保持高增長82.1 GaAs PA 為主流技術，受益于 5G 等行業趨勢92.2 3D 深度相機商用全面開啟，GaAs 光電子未來可期113.GaN：5G 關鍵器件，射頻/電力電子領域優勢顯著133.1 GaN：適合高頻、高功率、低壓應用領域133.2 射頻需求旺盛&快充快速起量，GaN 未來前景廣闊144.SiC：高壓功率半導體關鍵器件，受益于新能源

2、汽車快速增長204.1 SiC：主要應用于高電壓功率半導體領域204.2 新能源汽車及充電樁數量快速增長，SiC 器件需求旺盛21圖表目錄圖 1：GaAs/GaN 天線能具備尺寸小/低功耗/低成本等優勢5圖 2：GaN 和 SiC 代工價格較高（美元）5圖 3：不同化合物半導體適應的工作頻率和輸出功率不同6圖 4：GaAs、SiC、GaN 優勢應用領域不同6圖 5：SiC/GaN 技術穩步提升6圖 6：2017-2019 年各廠家在售的 SiC/GaN 產品數量（款）7圖 7：2018-2019 年 650V 晶體管器件平均價格（元/A）7圖 8：2017-2019 年 RF GaN HEMT

3、 平均價格（元/W）7圖 9：SiC/GaN 在電力電子領域的滲透率情況8圖 10：2017-2023 年 GaN 射頻器件需求量預測（百萬個）8圖 11：GaAs 下游應用領域8圖 12：GaAs 射頻器件應用8圖 13：16-23 年全球 GaAs 產值及預測9圖 14：5G 滲透率快速提升9圖 15：三大運營商 5G 用戶（截止 20.3）和 5G 入網許可手機數（截止 20.4）9圖 16：5G 手機 PA 數量顯著增加（個）10圖 17：17-23 年手機端功率放棄材料占比及預測10圖 18：GaAs RF 市場（等價 6 寸晶圓）（萬片） 11圖 19：GaAs 材料主要應用于制作

4、紅光及紅外器件11圖 20：iPhone X 開啟了 3D 深度相機的大門12圖 21：16-23 年含有 3D 深度相機手機出貨量及預測（百萬部）12圖 22：17-23 年光電子領域用 GaAs 襯底出貨量及市場規模12圖 23：17-27 年 GaAs 工業演變過程：從手機到汽車13圖 24：GaN 下游主要應用 . 錯誤!未定義書簽。圖 25：國內 GaN 下游應用份額分布（2017 年）. 錯誤!未定義書簽。圖 26：目前 GaN 功率器件主要應用在 200-600V 的低壓領域14圖 27：GaAs、LDMOS、GaN 用于不同的基站15圖 28：GaN 在整個射頻市場中的占比將持

5、續提升15圖 29：5G 所用頻率遠高于 4G15圖 30：5G 基站功率較 4G 基站提升了 68%15圖 31：GaN 能更好適應 5G 宏基站建設16圖 32：GaN 封裝尺寸可做到 LDMOS 的約 1/716圖 33：全球主要國家開啟 5G 商用，5G 基站建設加速16圖 34：國內 5G 宏基站新增預測17圖 35：5G 宏基站 PA 數量增長迅速，GaN 占比不斷提升17圖 36：現有雷達系統向基于 GaN 的 AESA 雷達系統升級17圖 37：17-22 GaN 射頻器件市場規模預測（億美元）18圖 38：GaN 相較于硅器件，可同時實現高頻率高效率19圖 39：GaN 可集

6、成外圍驅動，縮小體積19圖 40：OPPO GaN 65W 充電器產品19圖 41：ANKER 在 CES 展上推出的 GaN 充電器19圖 42：高功率快充需求推動 GaN 功率半導體市場規?？焖偬嵘?0圖 43：SiC 功率半導體發展歷程20圖 44：SiC 與 Si 相比具有諸多優勢21圖 45：SiC 器件能在汽車、工業、IT 及消費電子多個領域中替代 Si 器件21圖 46：DC/AC 逆變器應用 SiC 模塊能顯著降低重量和體積22圖 47：SiC DC/DC 轉換器高頻和功率密度高的特性有助于器件實現輕量化22圖 48：SiC DC/DC 轉換器同功率下具有更高的效率22圖 49

7、：特斯拉 Model 3 中的 SiC 器件23圖 50：SiC 功率器件節約系統成本 (美元)23圖 51：新能源汽車中功率半導體價值量大幅提升23圖 52：可持續發展情境下新能源汽車保有量預測23圖 53：我國充電設施仍是短板24圖 54：充電樁建設不斷加速24圖 55：2019-2023 年 SiC 功率器件市場規模預測（單位：百萬美元）241. 化合物半導體性能優勢顯著，有望迎來快速滲透1.1 GaAs/GaN/SiC 優勢顯著，應用領域定位不同常用的半導體材料分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體是由單一元素制成的半導體材料。 主要有硅、鍺、硒等，以硅、鍺應用最廣?；衔锇雽w分為

8、二元系、三元系、多元系和有機化合 物半導體。二元系化合物半導體有-族（如砷化鎵、磷化鎵、碳化硅等）。硅（Si）是較早且也是應用最為廣泛的半導體材料。最早半導體晶體管采用的是鍺（Ge）基材料， 但是由于 Ge 儲量少、提純難度大等原因，逐步被 Si 所替代。Si 因為儲量豐富、技術成熟、成本 低等特點，成為應用最廣的半導體材料，目前廣泛被應用在各類分立器件和集成電路、電子信息網 絡工程等領域，但是在高頻、高溫、高壓、光學等應用領域，二元系化合物半導體材料則更具優勢。二元系化合物半導體材料 GaAs/GaN/SiC 具備高功率密度、低能耗、抗高溫、高發光效率等特性， 在射頻、功率器件、光電子及國防

9、軍工等應用領域優勢顯著。GaAs 是較為重要、技術成熟度最高的化合物半導體材料之一。相比 Si，GaAs 材料具備禁帶寬度 大、電子遷移率高的特性，能顯著降低射頻尺寸、降低功耗，也具備成本優勢。相比于 GaN 和 SiC 等新興的二元系化合物半導體材料，GaAs 技術成熟，具備較為明顯的成本優勢。GaAs 廣泛應用 在射頻和光電子領域。GaN 作為一種寬禁帶半導體，因具有高功率密度、能耗低、適合高頻率、支持更寬帶寬等特點， 主要用于微波射頻、電力電子和光電子等領域。微波射頻方向主要為 5G 通信和衛星通訊等應用； 電力電子包括消費電子快充、新能源汽車等應用；光電子方向主要為 LED 等領域。目

10、前 GaN 技術 仍在快速發展階段，成本相對較高。SiC 有較高的載流子遷移率，能夠提供較高的電流密度，且耐高溫、耐高壓，因此常被用來做功率 器件。SiC 在電壓 600V 及以上的高功率領域具有優勢。與 GaN 類似，SiC 技術也在快速發展階 段，成本相對較高。圖 1：GaAs/GaN 天線能具備尺寸小/低功耗/低成本等優勢圖 2：GaN 和 SiC 代工價格較高（美元）7,0006,0005,0004,0003,0002,0001,00002寸GaN4寸SiC6寸GaAs8寸Si數據來源：Qorvo、數據來源：互聯網、GaAs/GaN/SiC 應用領域不同。GaAs 是當前應用最廣泛的射

11、頻材料，被廣泛應用在射頻、無線通信以及特種應用上。GaAs 應用的工作頻率主要在 8G Hz 以內，適合中低功率器件，例如微基站和 手機射頻材料。而高功率射頻方向，GaN 具備明顯優勢，是 5G 宏基站的必備材料，此外，GaN 作為快充材料，能顯著降低充電器尺寸，并降低功耗，目前在手機快充中快速滲透。SiC 是功率器 件的理想材料，尤其在耐高壓方面（600V），性能優勢顯著，廣泛應用于新能源汽車、電力設備 等領域。圖 3：不同化合物半導體適應的工作頻率和輸出功率不同圖 4：GaAs、SiC、GaN 優勢應用領域不同GaAs、SiC、GaN 優勢應用領域功率器件Si 基 GaN高頻、中低壓 Si

12、C高壓、高功率0-300VSi300V-600VGaN600VSiC射頻器件中低功率GaAs； 高功率SiC 基 GaN光電子紅光、紅外光GaAs 藍光/綠光GaN數據來源：英飛凌、數據來源：互聯網、整理1.2 技術成熟&成本下降，SiC/GaN 有望加速滲透SiC/GaN 技術穩步提升，產品供應迅速上量。襯底及外延方面，6 英寸 SiC 產品已實現量產，并 已完成 8 英寸襯底的研發；SiC 基 GaN 外延材料 4 英寸與 6 英寸共存，Si 基 GaN 外延主流尺寸 為 6 英寸，未來 6 英寸的 SiC 基 GaN 和 8 英寸的 Si 基 GaN 為主要發展趨勢。根據 CASA 報告

13、顯示，2019 年各廠家在售的各類 SiC/GaN 產品種類較 2017 年增加了 6 成，僅2019 年就新增了 321 款新品。SiC 電力電子器件已覆蓋大部分應用需求，功率模塊新品推出加速，2019 年推出模塊新品數量占新品總數一半以上；GaN 功率器件性能逐步提升，射頻器件供應上量。圖 5：SiC/GaN 技術穩步提升材料產品技術進展SiC襯底/外延6 英寸 SiC 材料已商業化，科銳首批 8 英寸 SiC 襯底制樣完成，預計 2022 年實現量產器件/模塊SiC 電力電子器件已覆蓋大部分應用，2019 年各廠商新推出數款車規級產品。SiC 功率模塊實現最高工作電壓 3300V，器件性

14、能實現突破，高性能新品推出加速。GaN襯底/外延SiC 基 GaN 外延材料實現 4 英寸與 6 英寸共存，并逐步向 6 英寸過渡。Si 基 GaN 外延主流尺寸為 6英寸，但由于 Si 襯底成本較低，未來 8 英寸 Si 基 GaN 的材料外延技術將成為主要發展趨勢器件/模塊Si 基 GaN 電力電子器件室溫下電流達到 150A，垂直型 GaN SBD/垂直型 GaN p-n 二極管等多種器件電壓有所提升。各廠商推出的 GaN 射頻器件支持多個頻段，功率效率大大提升數據來源：CASA Research、圖 6：2017-2019 年各廠家在售的 SiC/GaN 產品數量（款）14001200

15、10008006004002000201720182019數據來源：Mouser、CASA Research、SiC/GaN 器件價格持續下滑?？傮w來看，目前 SiC/GaN 器件成本還是遠高于 Si 產品，但隨著技術的進步，產品良率的提升，規模效應的增強，SiC/GaN 器件價格持續下滑。功率產品方面，以 650V SiC MOSFET 為例，其產品價格從 2018 年中的 3.44 元/A 下降到 2019 年年底的 2.24 元/A。 射頻產品方面，RF GaN HEMT 近期降價更是顯著，2019 年底平均價格較 2018 年降幅近 23%。圖 7：2018-2019 年 650V 晶

16、體管器件平均價格（元/A）圖 8：2017-2019 年 RF GaN HEMT 平均價格（元/W）650V Si IGBT650V SiC MOSFET650V GaN HEMT8765432102018年中2018年底2019年中2019年底272523211917152017年底 2018年中 2018年底 2019年中 2019年底數據來源：Mouser、CASA Research、數據來源：Mouser、CASA Research、受益于 SiC/GaN 器件技術成熟&成本下降，SiC/GaN 器件有望加速滲透。得益于 SiC/GaN 功率產品性能的提升，其有望在新能源汽車、快充等市

17、場中獲得廣泛應用，根據 Yole 預測，2023 年 SiC、 GaN 電力電子器件的市場規模將分別增長至 14 億和 3.7 億美元，市場滲透率分別達到 3.75%和 1%。GaN 射頻器件在 5G 宏基站建設和國防建設的旺盛需求下，疊加 GaN 射頻器件成本下降， 需求有望快速放量，根據 Yole 數據預測，2023 年 GaN 射頻器件需求量將達到 194.3 百萬個，19- 23 年 CAGR 達到 85.8%。圖 9：SiC/GaN 在電力電子領域的滲透率情況圖 10：2017-2023 年 GaN 射頻器件需求量預測（百萬個）SiC滲透率GaN滲透率5%4%3%2%1%0%2017

18、201820192020202120222023200160120804002017 2018 2019 2020 2021 2022 2023數據來源：Yole、CASA Research、數據來源：Yole、CASA Research、2 GaAs：射頻和光電子需求旺盛，有望保持高增長GaAs 是較為成熟的二元半導體化合物材料，主要應用在射頻、LED、光電子等領域，其中射頻是 GaAs 下游最大的應用領域，占比為 47%。GaAs 市場總體規模較大，2018 年全球砷化鎵元件市 場總產值達到 89 億美元。圖 11：GaAs 下游應用領域圖 12：GaAs 射頻器件應用10%47%42%1

19、%射頻LED激光 光伏數據來源：yole、數據來源：yole、受益射頻和光電子需求旺盛，GaAs 有望保持持續高增長。射頻端，5G 手機需要更多的 PA，對GaAs 需求有望保持穩定增長；手機 WIFI PA 和路由器 WIFI PA 對 GaAs 需求有望保持快速增長。 光電子端，受益 3D 深度相機在手機端快速滲透，GaAs 激光器有望保持快速增長。根據中國產業 信息網的報告，全球 GaAs 產值有望從 2018 年的 89 億美元，增長到 2023 年的 143 億美元，19- 23 年 CAGR 為 10%。圖 13：16-23 年全球 GaAs 產值及預測16014012010080

20、6040200全球GaAs總產值（億美元）YOY2016201720182019E2020E2021E2022E2023E12%10%8%6%4%2%0%數據來源：中國產業信息、2.1 GaAs PA 為主流技術，受益于 5G 等行業趨勢5G 手機滲透率快速提升。手機市場正迎來 5G 換機潮，全球 2019 年 5G 手機銷量為 1870 萬部， 滲透率約為 1.4%，GSMA 預測 5G 手機 2025 年出貨量有望達到 7 億部，滲透率達到 47%。隨著 國內 5G 網絡部署超預期，中國 5G 用戶快速提升，截止到 20 年 3 月底，中國移動 5G 用戶已經 超過了 3 千萬，保守估計三

21、大運營商 5G 用戶已經超過了 6 千萬。圖 14：5G 滲透率快速提升圖 15：三大運營商 5G 用戶（截止 20.3）和 5G 入網許可手 機數（截止 20.4）數據來源：GSMA 中國移動經濟發展 2020、數據來源：智庫、5G 手機需要更多的功率放大器。4G 的射頻通信需要用到 5 模 13 頻，平均使用 7 顆 PA。由于 5G新增了頻段（n41 2.6GHz，n77 3.5GHz 和 n79 4.8GHz），未來還需要新增 6GHz 以上高頻段， 同時需要繼續兼容 4G、3G、2G 標準，因此 5G 手機需要更多的 PA，最多可達 16 顆，平均也有 望超過 10 顆。圖 16：5

22、G 手機 PA 數量顯著增加（個）功率放大器1076421210864202G手機3G手機3.5G手機4G手機5G 手機數據來源：搜狐科技、GaAs 在手機 PA 滲透率有望持續提升。Si CMOS PA 在輸出功率、工作頻率等方面的性能明顯不足，難以適應 5G 時代的高頻、高功率。而目前 GaN PA 技術仍然不夠成熟，成本較高。GaAs PA性能優良，能滿足 5G 手機 sub-6 G Hz 頻段的需求，滲透率有望持續提升。圖 17：17-23 年手機端功率放大器材料占比及預測GaAs PACMOS PA100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%88%86%82%7

23、7%74%70%68%20172018E2019E2020E2021E2022E2023E數據來源：yole、受益于手機 PA 放量，射頻對 GaAs 需求有望持續增長。根據 Yole 的預測，手機 PA 對 GaAs 的需求將從 19 年的 43.9 萬片/年（等價 6 寸片），增長到 25 年的 54.2 萬片/年。此外，手機 WIFI PA 和路由器 WIFI PA 消耗砷化鎵晶圓的數量也呈現快速增長，有望從 19 年的 10.6 萬片/年增長 到 25 年 18 萬片/年。受益于手機 PA 需求穩定增長、手機 WIFI PA 和路由器 WIFI PA 快速增長，射頻對砷化鎵需求有望保持

24、穩定增長，整個 GaAs RF 對 6 寸砷化鎵晶圓的需求將從 19 年的 74.4萬片/年增長到 25 年 94.1 萬片/年，CAGR 約為 4%。圖 18：GaAs RF 市場（等價 6 寸晶圓）（萬片）InfraMobile celluarMobile ConnectivityNot Handset ConnectivityBox ConnectivityAutomotive radar Others100806040200201820192020E2021E2022E2023E2024E2025E數據來源：Yole、2.2 3D 深度相機商用全面開啟，GaAs 光電子未來可期GaAs

25、 具有直接躍遷型的能帶結構，導帶底和價帶頂之間的光躍遷可以垂直進行，發光效率較高。GaAs 材料主要應用于制作紅光及紅外器件。圖 19：GaAs 材料主要應用于制作紅光及紅外器件數據來源：yole、3D 深度相機商用全面開啟。2017 年，蘋果公司推出集成人臉識別結構光前置攝像頭的 iPhone X，開啟了 3D 深度相機在手機端的商用，該結構光的發射光源采用 GaAs 激光器（垂直腔面激光器，VCSEL）。2020 年 3 月，蘋果推出配置后置 ToF 攝像頭的 iPad Pro，采用相似的 VCSEL 發射光源，蘋果也有望在 2020 年 9 月發布的 iPhone 上采用后置 ToF 攝

26、像頭，形成前置結構光+后置 ToF的雙 3D 深度攝像頭的配置，單部手機的 VCSEL 用量有望達到 2 顆。華為、OPPO、ViVO、小米、 三星等手機廠商也都有望在手機上逐步配置 ToF 攝像頭，采用 VCSEL 光源。根據 Yole 的報告， 2018 年 3D 攝像頭出貨量約為 7300 萬，預計到 2023 年，將增長到 8.9 億，CAGR 為 65%。圖 20：iPhone X 開啟了 3D 深度相機的大門圖 21：16-23 年含有 3D 深度相機手機出貨量及預測（百萬部）1,00070%60%80050%60040%30%40020%20010%0%含有3D深度相機手機出貨量

27、3D深度相機滲透率02016 2017 2018 2019E 2020E 2021E 2022E 2023E-10%數據來源：互聯網、數據來源：Yole，IDC，3D 攝像頭出貨量爆發性增長有望打開 GaAs 成長新空間。根據 yole 預測，光電子應用的 GaAs 晶圓出貨量在 2017 年至 2023 年期間的復合年增長率（CAGR）為 37%，到 2023 年將實現 1.5 億 美元市場規模。圖 22：17-23 年光電子領域用 GaAs 襯底出貨量及市場規模120100806040200襯底出貨量（左，等效6英寸，萬片）襯底市場總額（右，百萬美元）1601401201008060402

28、00201720182019E2020E2021E2022E2023E數據來源：yole、未來，汽車激光雷達有望為 GaAs 貢獻新的增長空間。手機僅僅只是 VCSEL 的其中一個應用場景，隨著智能駕駛的發展，尤其到 L4 和 L5 階段，汽車對激光雷達的需求越來越旺盛，根據麥肯錫公司的預測，到 2030 年汽車年生產量將達到 1.15 億臺，其中將有 15%的汽車實現高級自動駕駛，并有 45%實現低級自動駕駛。在 2030 年自動駕駛用的激光雷達市場將達到 180 億美元以上， 年復合增速 51%。圖 23：17-27 年 GaAs 工業演變過程：從手機到汽車數據來源：yole、3. GaN

29、：5G 關鍵器件，射頻/電力電子領域優勢顯著3.1 GaN：適合高頻、高功率、低壓應用領域GaN 器件 1990 年開始用于發光二極管中，開啟了其商業化大門。作為一種寬禁帶半導體，其具有 禁帶寬度大、擊穿場強高、飽和電子遷移速率高、熱導率大、介電常數小、抗輻射能力強等特性， 適合制作高頻、大功率、高密度集成和抗輻射的電子器件，廣泛應用智能電網、高速軌道交通等電 力電子領域及 5G 基站、雷達等微波射頻領域。根據金智創新的數據，2017 年，國內 GaN 下游中 LED、微波射頻、電力電子（功率器件）應用占比分別為 70%，17%和 11%。圖 24：GaN 下游主要應用圖 25：國內 GaN

30、下游應用份額分布（2017 年）LED微波射頻電力電子其他2%11%17%70%數據來源：銳觀網，數據來源：金智創新，在電子器件領域，GaN 更適合高頻、高功率、低壓應用領域。在射頻應用方面，相比于 GaAs 和Si，GaN 具有更高的電子飽和漂移速度和更大的禁帶寬度，導通損耗較低，適用于大功率、高頻的 射頻應用。在功率半導體應用方面，由于其在高壓場景表現不如 SiC，因此主要應用在低壓領域。 具體來看，目前 GaN 的優勢領域在 200-600V 的低壓領域，而 SiC 主要應用于 600V 以上的中高 壓領域。圖 26：目前 GaN 功率器件主要應用在 200-600V 的低壓領域資料來源

31、：創道咨詢、3.2 射頻需求旺盛&快充快速起量，GaN 未來前景廣闊射頻功放需求旺盛當前射頻功率放大器主要有三種工藝：GaAs、GaN 和基于 Si 的 LDMOS。前文所述的 GaAs 輸出功率較低（一般低于 50W），主要應用于終端射頻前端和微蜂窩基站建設。而 GaN 和 LDMOS 輸 出功率較高，主要應用于宏基站射頻單元中。在 4G 基站建設中，LDMOS 器件是市場的主流。預 計在 5G 建設中，GaN 器件將逐步成為宏基站應用的主流，此外，軍事領域 GaN 射頻市場也將維 持高景氣，預計 GaN 在射頻功率器件應用中的占比將持續顯著提升。圖 27：GaAs、LDMOS、GaN 用于

32、不同的基站圖 28：GaN 在整個射頻市場中的占比將持續提升數據來源：互聯網、整理數據來源：Yole、5G 宏基站對射頻器件提出了更高的要求。5G 給基站建設帶來的挑戰主要有：1）更高頻率和更大帶寬：4G 的頻率范圍為 1.88GHz-2.635GHz，而 5G 的 Sub-6GHz 頻段和毫米波頻段的頻率分別 可達到 0.45GHz-6GHz 和 24.25GHz-52.6GHz，分量載波帶寬可達 100MHz。2）更高功率效率的 需求；3）更高功率密度的需求：根據華為，5G 基站的功率將超過 11Kw，相比于 4G 基站功率提 高 68%，運營商需要大幅提高功率密度以在相同大小的空間內提供

33、更高的功率。4）更小體積：5G Massive MIMO 和波束成形技術采用陣列天線，器件數量的大幅增加，設備小型化的需求驅動內部 器件小型化。圖 29：5G 所用頻率遠高于 4G圖 30：5G 基站功率較 4G 基站提升了 68%頻段4G1880-1900MHz，2320-2370MHz，2575-2635MHz5GFR1（Sub-6GHz）：450MHz-6000MHz； FR2（毫米波）：24250Mhz-52600MHz數據來源：互聯網、數據來源：華為、GaN 射頻器件更適用于 5G 宏基站。GaN 射頻器件能很好的適應 5G 宏基站的高要求：1）傳統的LDMOS 僅在 3.5GHz

34、及以下表現良好，無法適應 5G 的高頻率，而 GaN 適應的頻率范圍拓展了40Hz 甚至更高，適應了 5G 高頻的需求。另外，GaN 器件更高效率、更高輸出阻抗和更低寄生電容能夠更容易實現帶寬匹配。2）GaN 具有軟壓縮特性，更容易預失真和線性化，實現更高的效率。 3）GaN 可以做到更高的功率密度，達到 LDMOS 器件功率密度的 4 倍左右。4）體積方面，GaN 封裝尺寸僅 LDMOS 的 1/4-1/7。圖 31：GaN 能更好適應 5G 宏基站建設圖 32：GaN 封裝尺寸可做到 LDMOS 的約 1/7LDMOSGaAsGaN適用頻率3.5GHz 以下8GHz40GHz輸出功率180

35、0W50W 以下1800W功率密度1-2W/mm-6-8W/mm尺寸1x較小1/4-1/7x適用范圍4G 基站終端射頻前 端5G 宏基站、 小基站數據來源：拓墣產業研究院、數據來源：半導體行業觀察、受益于 5G 宏基站快速放量，GaN 器件用量有望快速提升。全球主要國家如美日中韓等國都已開啟 5G 商用，基站建設正處于逐步放量階段。5G 宏基站將以 64 通道的大規模陣列天線為主，按三 個扇區計算，單基站 PA 需求量將高達 192 個。根據拓墣產業研究院的預測，國內 5G 宏基站建設 將于 2023 年左右達到高峰，年新增 115 萬個以上，對應 PA 需求高達 2.21 億個。隨著 GaN

36、 器件 成本的下降和工藝的成熟，GaN PA 滲透率將不斷提升，拓墣產業研究院估計 2019 年 5G 宏基站 PA 中 GaN 占比在 50%左右，預計到 2023 年 GaN 占比將達到 80%，對應 112.6 億元國內市場需 求。圖 33：全球主要國家開啟 5G 商用，5G 基站建設加速資料來源：前瞻產業研究院、圖 34：國內 5G 宏基站新增預測圖 35：5G 宏基站 PA 數量增長迅速，GaN 占比不斷提升1401201008060402005G宏基站新增(萬個）105.6115.27238.49.62019E2020E2021E2022E2023E2.521.510.50PA數量

37、（左,億）GaN占比（右,%） LDMOS占比（右,%）2019E2020E2021E2022E2023E100%80%60%40%20%0%資料來源：拓墣產業研究院，資料來源：拓墣產業研究院，軍用雷達升級驅動 GaN 射頻市場快速起量。軍用雷達升級體現在兩個方面：一是基于 GaN 的有源電子掃描陣列（AESA）雷達系統替換原有的基于 GaAs 的 AESA 雷達系統和基于行波管（TWT） 的系統。這主要是因為兩個方面的原因：一方面 GaN 的高功率提高了抗干擾能力，擴大了作用距 離或搜索范圍；另一方面，采用 GaN 后，較小的孔徑就能夠形成與不采用 GaN 的較大孔徑相同 的作用距離和搜索范

38、圍。因此向基于 GaN 的 AESA 雷達系統升級成為趨勢，各國的軍隊正在同時 升級至 AESA 雷達和 GaN 芯片。二是 AESA 天線架構的升級，下一代 AESA 天線將在同一個射 頻前端組合產生不同工作模式，包括雷達、通信和電子戰，這將產生更高的單片微波集成電路（MMIC）的需求，對應 GaN 的需求也將相應提升。在上述兩種因素的驅動下，軍用射頻市場持 續景氣。圖 36：現有雷達系統向基于 GaN 的 AESA 雷達系統升級資料來源：互聯網、5G 宏基站和軍事應用爆發有望推動 GaN 射頻市場高速增長。根據 Qorvo 預測，全球基站和軍事GaN 射頻器件市場將分別從 2018 年的

39、2.1 億美元和 2.0 億美元增長到 2022 年的 13.6 億美元和 5.2 億美元，CAGR 分別為 60%和 27%，全球 GaN 射頻器件市場規模將從 2018 年的 4.3 億美元 達到 2022 年的 19.1 億美元，CAGR 約 45%。圖 37：17-22 GaN 射頻器件市場規模預測（億美元）軍工寬帶基站2520151050171819E20E21E22E資料來源：Qorvo， 快充快速起量GaN 功率器件技術優勢明顯：GaN 功率器件開關頻率高、導通電阻小、電容小、禁帶寬度大、耐 高溫、能量密度高、功率密度大，可在高頻情況下保持高效率水平，實現更高效的快充，適合于高

40、功率電子產品。相比較而言，傳統硅器件開關速度越快，效率越低，在實現高功率充電上存在技術 障礙。GaN 可集成外圍驅動，減小整體體積：傳統的硅器件是垂直結構，不能集成外圍驅動；GaN 功率 器件是平面架構，可以集成外圍驅動和控制電路，將 IC 體積做小，顯著降低成本。圖 38：GaN 相較于硅器件，可同時實現高頻率高效率圖 39：GaN 可集成外圍驅動，縮小體積數據來源：Navitas、數據來源：Navitas、多款 GaN 充電器問世，產品趨勢明顯。OPPO 在去年 11 月成為全球首家推出 GaN 充電器的手機廠商，但其 65W 快充僅支持其自有的 SuperVOOC 快充協議，且接口為 U

41、SB-A，無法兼容大部分 筆記本電腦，僅適合 OPPO 產品。目前已有多家充電器廠商推出了 GaN 充電產品。在今年 CES2020 展上，30 家廠商展出了 66 款 GaN 快充充電器，體積均小于傳統充電器，且大部分產品均支持 PD、 QC 等快充協議，配置 USB-C 接口。即將發布的 Realme X50 Pro 有望采用 65W SuperDart 超級 閃充 GaN 充電器。5G 手機功耗的提高帶來更強烈的快充需求，65W、甚至 100W 以上充電器有 望快速普及，GaN 快充充電器有望成為市場主流。圖 40：OPPO GaN 65W 充電器產品圖 41：ANKER 在 CES 展

42、上推出的 GaN 充電器數據來源：OPPO 官網、數據來源：充電頭網、GaN 功率半導體市場高速增長。根據 Yole，全球 GaN 功率半導體市場規模在 2018 年僅為 873 萬美元，保守預測到 2024 年將超過 3.5 億美元，18-24 年的年均復合增長率達到 85%。若按樂觀的 情況估計，蘋果、三星、華為等手機廠商同樣采用 GaN 電源適配器，預計 2024 年全球 GaN 功率 半導體市場規模將超過 7.5 億美元。我們推測，如果筆記本電腦、平板電腦、輕混電動汽車等都采 用 GaN 快充，市場空間有望更大。圖 42：高功率快充需求推動 GaN 功率半導體市場規?？焖偬嵘龜祿碓矗篩ole、4. SiC：高壓功率半導體關鍵器件，受益于新能源汽 車快速增長4.1 SiC：主要應用于高電壓功率半導體領域SiC 是一種新型半導體材料，SiC 功率器件的研發自 1970 年代便已開始，2001 年英飛凌推出了第 一款 SiC 器件300V600V(16A)的 SiC 肖特基二極管，隨后，SiC 功率器件開始了迅速的商業 化發展，2007 年 SiC JFET、BJT 上市，2011 年首款 1.2kV SiC MOSFET 上市，2015 年 SiC Trench MOSFET 開始導入市場，