【研報】科技行業新材料GaN專題報告：小米發布的GaN快充是什么？-20200216[15頁].pdf

1、 請務必閱讀正文之后的免責條款 小米發布的小米發布的 GaN 快充是什么？快充是什么？ 新材料 GaN 專題報告2020.2.16 中信證券研究部中信證券研究部 核心觀核心觀點點 許英博許英博 首席科技產業 分析師 S1010510120041 敖翀敖翀 首席周期產業 分析師 S1010515020001 徐濤徐濤 首席電子分析師 S1010517080003 袁健聰袁健聰 首席新材料分析師 S1010517080005 李超李超 首席有色鋼鐵分析師 S1010520010001 苗豐苗豐 前瞻分析師 S1010519120001 小米小米 2 月月 13 日新品發布會上推出明星產品日新品發布

2、會上推出明星產品 65W GaN 充電器，引發市場對充電器，引發市場對 GaN 的關注。的關注。GaN 材料具備高功率、高頻率、高導熱等優勢，所做充電芯片材料具備高功率、高頻率、高導熱等優勢，所做充電芯片 實現了輸出大功率的同時保持充電器體積可控。目前市面上已有多家廠商布局實現了輸出大功率的同時保持充電器體積可控。目前市面上已有多家廠商布局 GaN 快充，預計隨著用戶對便攜性的需求提高，快充，預計隨著用戶對便攜性的需求提高，2025 年年全球全球 GaN 快充市場快充市場 規模有望規模有望 600 多多億元，同時加速億元，同時加速 GaN 芯片在其他新興領域對芯片在其他新興領域對 Si 基產品

3、的替基產品的替 代。代。 小米發布性能強悍的小米發布性能強悍的 65W GaN 充電器。充電器。2 月 13 號的小米新品發布會上，除小 米 10、小米 WIFI6 路由器等一系列電子產品外，小米還推出了一款體積非常小 巧的充電器小米 GaN 充電器 Type-C 65W。該款充電器采用 GaN 充電芯 片，最大充電功率為 65W，充滿配備 4500 mAh 電池的小米 10Pro 僅需 45 分 鐘。超大充電功率和優秀的便攜性使“GaN 快充”一時成為科技界矚目的焦點。 GaN 快充亮點：維持高速充電的同時快充亮點：維持高速充電的同時體積控制優秀。體積控制優秀。充電器內部變壓器和電容 體積占

4、比較大，同樣功率下變壓器和電容體積和電源頻率成反比。傳統 Si 基芯 片受限于頻率的提升，很難進一步降低。GaN 芯片頻率遠高于 Si，有效降低里 內部變壓器等原件體積，同時優秀的散熱性能也使內部原件排布可以更加精密。 最終完美解決了充電速率和便攜性的矛盾。 從性能和成本角度，從性能和成本角度，GaN 未來有望成為主流快充技術。未來有望成為主流快充技術。對比 GaAs 和 SiC 兩種 主要化合物半導體，我們認為 GaAs 由于耐壓水平不高，不適用于大功率應用。 SiC 雖然性能理論上可以用作快充，但是由于生產難度極高，目前價格昂貴，限 制了大規模的使用。GaN 快充芯片主要采用 GaN-on

5、-Si 技術，隨著 Si 晶圓加工 和 GaN 外延技術的不斷進步， 成本已經做到比較低。 綜合性能和成本兩個方面， GaN 有望在未來成為消費電子領域快充器件的主流選擇。 預計預計 2020 年年全球全球 GaN 快充市場規?？斐涫袌鲆幠闉?23 億元億元，2025 年約年約 638 億元億元。目前市 面上已有多家廠商布局 GaN 快充，小米此次發布新品更是將 65W 產品價格拉 入 150 元以下。我們預計隨著用戶對充電器通用性、便攜性的需求提高，未來 GaN 快充市場規模將快速上升，預計 2020 年全球 GaN 充電器市場規模為 23 億元，2025 年將快速上升至 638 億元，5

6、 年 CAGR 高達 94%。 GaN 還可用于還可用于 5G 基站、自動駕駛、軍用雷達等眾多功率和頻率有較高要求的基站、自動駕駛、軍用雷達等眾多功率和頻率有較高要求的 場合，未來市場規模有望快速增長。場合，未來市場規模有望快速增長。GaN 的功率性能、頻率性能以及散熱性能 優秀，特別適合 5G 通訊基站、軍用雷達、功率電力電子等需要高輸出功率和頻 率的場合。在此拉動下，未來 GaN 功率器件和頻率器件市場規模均高速增長。 預計預計 2022 年氮化鎵襯底年氮化鎵襯底材料材料需求需求 30 萬片以上，對應市場規模達萬片以上，對應市場規模達 64 億元。億元。據 Yole 統計 2017 年全球

7、氮化鎵襯底市場需求約 7.4 萬片， 在氮化鎵射頻和功率器 件應用的拉動下，預計 2022 年全球氮化鎵襯底需求上升至 32 萬片，對應的氮 化鎵襯底的市場規模達到 64 億元，2017-2022 年 CAGR 達 34% 00 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 目錄目錄 小米發布的小米發布的 GaN 快充是什么？快充是什么？ . 1 引子：小米旗艦手機發布會上 65W GaN 快充閃亮登場 . 1 普通快充減少充電時間，但體積和發熱都大幅上升 . 1 GaN 充電器既提高了充電功率，又保持了小巧的體積 . 3 GaN 快充未來市場規模多大？ . 5 GaN 快

8、充技術未來是否會被替代？ . 6 做快充的氮化鎵材料是什么？做快充的氮化鎵材料是什么？ . 6 氮化鎵材料簡介 . 6 氮化鎵的優勢在哪里？ . 7 氮化鎵器件和襯底市場規模多大？ . 9 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 插圖目錄插圖目錄 圖 1：小米 10 手機和小米 65W GaN 充電器 . 1 圖 2：充電器的原理 . 2 圖 3：一個充電器可以充多種電子產品 . 2 圖 4：歷代 iPhone 電池容量變化（單位：mAh） . 2 圖 5：iPhone XS Max 充電測試 . 2 圖 6：大功率充電器充電時間明顯縮短 . 3 圖 7：充電功率上升

9、伴隨著充電器重量的上升 . 3 圖 8：手機適配器發熱過度導致短路 . 3 圖 9：不同功率充電器充電溫度對比 . 3 表 10：氮化鎵充電器與非 GaN 充電器 . 4 圖 11：同功率 GaN 充電器與非 GaN 充電器體積對比 . 4 圖 12：相似體積充電器功率對比 . 4 圖 13：三種 65W 充電器 30 分鐘充電速度測試 . 5 圖 14：市售快充價格比較 . 5 圖 15：氮化鎵器件主要制備流程 . 7 圖 16：氮化鎵主要終端應用 . 8 圖 17：氮化鎵電子器件產業鏈 . 8 圖 18：氮化鎵功率市場規模（單位：百萬美元） . 10 圖 19：氮化鎵射頻器件市場規模 .

10、10 圖 20：全球 GaN 襯底需求量和市場規模預測 . 11 表格目錄表格目錄 表 1：GaN 充電器市場規模預測 . 5 表 2：第一、二、三代半導體材料性能參數對比 . 6 表 3：氮化鎵半導體產業鏈國內外主要廠商簡介 . 8 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 1 小米發布的小米發布的 GaN 快充是什么？快充是什么？ 引子：小米旗艦手機發布會上引子：小米旗艦手機發布會上 65W GaN 快充閃亮登場快充閃亮登場 2 月 13 號的小米新品發布會上，除了小米 10、小米 WIFI6 路由器等一系列的電子產 品之外，小米還推出了一款體積非常小巧的充電器小米

11、 GaN 充電器 Type-C 65W。該 款充電器采用 GaN 充電芯片，最大充電功率為 65W，充滿配備 4500 mAh 電池的小米 10Pro 僅需 45 分鐘。超大充電功率和優秀的便攜性使“GaN 快充”一時間成為科技界矚 目的焦點。 圖 1：小米 10 手機和小米 65W GaN 充電器 資料來源：公司官網 普通快充減少充電時間，但體積和發熱都大幅上升普通快充減少充電時間，但體積和發熱都大幅上升 充電器充電器將輸入的交流電轉變為適合電池的直流電將輸入的交流電轉變為適合電池的直流電，輸出功率隨電壓電流，輸出功率隨電壓電流變化變化。充電器 又被稱為電源適配器，是小型便攜式電子設備及電子

12、電器的供電電源變換設備，一般由外 殼、電源變壓器和整流電路組成，它的主要作用是將交流市電變換為用電設備所需的穩定 直流。根據輸出電流電壓的不同，充電器具備不同的充電功率，常說的“快充”具備較高 的輸出功率，能夠大幅縮短充電時間。 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 2 圖 2：充電器的原理 資料來源：電子發燒友網，中信證券研究部 圖 3：一個充電器可以充多種電子產品 資料來源： ，電子發燒友網，中信證券研究部 手機電池容量不斷增加，普通充電器很難手機電池容量不斷增加，普通充電器很難滿足用戶需求滿足用戶需求。隨著智能手機的硬件數量逐 漸增多、屏幕尺寸逐漸增大以及對分

13、辨率的要求逐漸提高等因素，為保證手機續航，手機 電池容量呈逐年上升態勢， iPhone 11比當年紅極一時的iPhone 4電池容量大了將近2倍， 但仍然配置功率 5W 的普通充電器。根據天極網測試，iPhone XS Max 用標配 5V1A 充電 器充滿 50%電量需要 90min，而完全充滿則需要 208min，充電速度很難滿足用戶需求。 圖 4：歷代 iPhone 電池容量變化（單位：mAh） 資料來源：百度百科，中信證券研究部 圖 5：iPhone XS Max 充電測試 資料來源：電子發燒友網，中信證券研究部 快充的出現雖然解決了充電時間過長的問題，但是體積重量變大快充的出現雖然解

14、決了充電時間過長的問題，但是體積重量變大也也損損失了便攜性。失了便攜性。目 前市面上的主流快充功率已經提高到 20-60W 的水平，充電時間明顯降低。但是隨著充電 功率的提升，考慮到充電器內相匹配的元器件尺寸以及散熱需求，充電器本身的尺寸也不 得不越做越大，大大降低了產品的便攜性以及美觀程度。 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 3 圖 6：大功率充電器充電時間明顯縮短 資料來源：充電頭網，中信證券研究部 圖 7：充電功率上升伴隨著充電器重量的上升 資料來源：各公司官網，中信證券研究部 同時快

15、充因為功率較高，升溫速度快也成為一種安全隱患同時快充因為功率較高，升溫速度快也成為一種安全隱患。充電器溫度過高時存在一 定的安全隱患，一定幾率會發生因發熱過度而引起的電源短路，嚴重時甚至導致手機爆炸 或火災。對比蘋果原裝 5V1A 充電器、ROCK10W 充電器和綠聯 18W 充電器，較高功率 充電器 30 分鐘充進電量也較高，但與此同時，測量充電器充電時的最高溫度也在不斷攀 升，綠聯 18W 充電器外表面最高溫度可達 50 攝氏度。 圖 8：手機適配器發熱過度導致短路 資料來源：百度圖片，中信證券研究部 圖 9：不同功率充電器充電溫度對比 資料來源：電子發燒友網，中信證券研究部 GaN 充電

16、器既提高了充電功率，又保持了小巧的體積充電器既提高了充電功率，又保持了小巧的體積 GaN 器件器件開關頻率開關頻率比比 Si 高，變壓器等充電器內部元件體積得以降低。高，變壓器等充電器內部元件體積得以降低。變壓器和電容 是充電器中體積較大的元器件。如果可以提高開關管的開關頻率，將有效減小變壓器和電 容的體積，從而實現整體減小充電器體積。但是目前開關管基本上是基于硅材料制作，這 類開關管頻率已經很高，繼續使用硅材料提升頻率空間很小、難度很大。而氮化鎵材料因 其開關頻率遠高于硅的特性，可以完美解決這一問題。同時氮化鎵器件效率高、損耗低、 散熱性能優秀，可以降低元器件的發熱量并及時將熱量導出，因此元

17、器件在充電器內部的 排布也可以更加緊密，進一步降低整體體積。 0 10 20 30 40 50 60 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 蘋果 5W ROCK 10W 綠聯 18W 30分鐘充進電量所測最高溫度（） 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 4 表 10：氮化鎵充電器與非 GaN 充電器 資料來源：電子發燒友網，中信證券研究部 氮化鎵充電器有效解決氮化鎵充電器有效解決了了體積體積和功率的矛盾和功率的矛盾，用戶使用體驗更好用戶使用體驗更好。小米最新推出的 65W GaN 充電器相較其在家非 GaN 的 65W 快充充電器，在功率保持不變的

18、情況下，體 積減少了約 44%，極大地提升了充電器的便攜性。而在充電器體積相似的情況下，APE 氮 化鎵充電器較蘋果原裝 30W 充電器，最大充電功率提升了近 117%?？傮w來說，GaN 充 電器有效解決了傳統充電器體積和功率不能兩全的矛盾，為用戶帶來更好的使用體驗。 圖 11：同功率 GaN 充電器與非 GaN 充電器體積對比 資料來源：公司官網，中信證券研究部 圖 12：相似體積充電器功率對比 資料來源：電子發燒友網，中信證券研究部 氮化鎵充電器充電效率更高且更加氮化鎵充電器充電效率更高且更加平穩。平穩。通過網上測試數據結果綜合來看，氮化鎵充 電器性能最佳，具體表現在 1）充電速度方面：充

19、電速度方面：同為 65W 充電器，氮化鎵充電器 30 分鐘 充入了 71%的電量，其余兩款非氮化鎵充電器表現較弱，分別沖入 65%和 48%；2）充電充電 平穩度方面：平穩度方面：氮化鎵充電器充電速度非常平穩，每 10 分鐘能穩定充入 11%12%的電量， 而其余兩款非氮化鎵充電器后續均逐漸開始有不同程度的衰減。 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 5 圖 13：三種 65W 充電器 30 分鐘充電速度測試 資料來源：電子發燒友網，中信證券研究部 GaN 快充未來市場規模多大？快充未來市場規模多大？ 小米氮化鎵快充電源具有價格優勢。小米氮化鎵快充電源具有價格優勢。

20、與目前市售的一些品牌的快充充電器相比，小米 在相同功率（65W）下具有最低的價格，這說明小米的性價比在目前市場上是最高的。小 米將 65 W GaN 快充價格拉至 150 元以下，在目前市面上同類產品中價格較低。目前市場 上已經有很多廠商布局 GaN 快充，包括各種型號、各種品牌。小米這個屬于目前市售功率 較高的型號，同時又把價格做到 150 元以下。 圖 14：市售快充價格比較 資料來源：京東，天貓官網，中信證券研究部 預計預計 2020 年年全球全球氮氮化鎵快充市場規?；壙斐涫袌鲆幠＿_到達到 23 億元億元，2025 年年 638 億億元元，5 年年 CAGR 高達高達 94%。假設 2

21、020 年-2021 年旗艦機型會標配快充，比例為 10%，2022 年-2025 年中 低端機型開始逐步配置快充， 比例從 30%上升至70%； 標配快充中GaN產品滲透率從10% 上升至 50%；假設全球每年有 1 億個充電器為另夠需求，其中快充滲透率從 10%上升至 70%， GaN 滲透率從 20%上升至 60%； 我們預計 2020 年全球 GaN 充電器市場規模為 23 億元，2025 年將快速上升至約 638 億元，2020-2025 年 CAGR 高達 93.9%。 表 1：GaN 充電器市場規模預測 2% 13% 25% 36% 48% 60% 71% 2% 13% 23%

22、34% 44% 54% 65% 2% 9% 17% 25% 32% 40% 48% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 051015202530 倍思65W氮化鎵充電器紫米65W充電器聯想thinkplus65w充電器 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 6 項目 單位 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 標配需 求 全球手機銷售量 百萬部 1354 1421 1464 1400 1400 1400 標配快充比例 % 10% 10% 30% 50% 60% 70% 快充中 GaN 滲透率 % 1

23、0% 20% 25% 30% 40% 50% GaN 充電器價格 元 150 150 140 130 130 120 合計 億元 20.3 42.6 164.7 315.0 504.0 735.0 另購需 求 非標配充電器購買需 求 百萬臺 100 100 100 100 100 100 快充滲透率 % 10% 20% 50% 60% 60% 70% GaN 滲透率 % 20% 30% 50% 50% 60% 60% GaN 充電器價格 元 150 150 140 130 130 120 合計 億元 3 9 38 45 54 63 GaN 快充市場規?？斐涫袌鲆幠?億元億元 23 52 189

24、 312 484 638 資料來源：中信證券研究部預測 GaN 快充快充技術技術未來未來是否會被替代是否會被替代？ 短期看從經濟和技術角度上短期看從經濟和技術角度上 GaN 用作快充最為合適用作快充最為合適。為什么不用為什么不用 GaAs：主要因為 GaAs 屬于第二代化合物半導體，禁帶寬度比第三代 GaN 和 SiC 都低很多，耐壓能力較 低，不適合用在高功率應用。為什么不用為什么不用 SiC：理論上 SiC 也可用在快充領域，但是 SiC 芯片需要外延在 SiC 襯底上，目前 SiC 單晶襯底生產難度非常高，導致價格也非常高。而 且 SiC 國際主流尺寸只有 6 寸，而 Si 已經可以做到

25、 12 寸，大量使用 SiC 不具備經濟效 應。目前 GaN 快充芯片主要采用 GaN -on-Si 技術，隨著 Si 晶圓加工和 GaN 外延技術的 不斷進步，GaN 器件成本已經做到比較低。所以綜合性能和成本兩個方面，GaN 有望在 未來成為消費電子領域快充器件的主流選擇。 做快充的做快充的氮化鎵材料是什么？氮化鎵材料是什么？ 氮化鎵材料氮化鎵材料簡介簡介 氮化鎵氮化鎵屬于第三代半導體，屬于第三代半導體，具有高禁帶寬度和熱導率。具有高禁帶寬度和熱導率。氮化鎵的化學符號是 GaN，具 有遠優于第一、二代半導體的高熱導率和耐壓性能。氮化鎵的禁帶寬度是硅的 3 倍，擊穿 電壓為硅的 10 倍，可

26、以耐受更高電壓；氮化鎵的導熱率是三代半導體里最高的，且其熱 穩定性高，在常壓下極難被熔化。 表 2：第一、二、三代半導體材料性能參數對比 第一代半導體第一代半導體 第二代半導體第二代半導體 第三代半導體第三代半導體 半導體材料 硅 砷化鎵 氮化鎵氮化鎵 碳化硅 氮化鋁 禁帶寬度（eV） 1.12 1.43 3.37 3 6.2 擊穿電場（MV/cm） 0.3 0.06 5 3 1.4 電子遷移率（cm2/Vs） 1350 8500 1250 400 300 空穴遷移率（cm2/Vs） 480 400 200 90 14 熱導率（W/cmK） 1.3 0.55 2 4.9 2.85 飽和電子漂移

27、率（107cm/s） 1 2 2.2 2.5 1.4 資料來源： 簡析碳化硅在半導體行業中的發展潛力 ，楊璽等，中信證券研究部 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 7 氮化鎵氮化鎵生產流程主要包括生產流程主要包括氮化鎵單晶生長氮化鎵單晶生長、外延外延生長生長、芯片制程和封裝、芯片制程和封裝等步驟。等步驟。目前 國內外研究氮化鎵襯底是用 MOCVD（金屬有機化合物化學氣相沉積）和 HVPE（氫化物 氣相外延） 兩臺設備分開進行的。 即先用 MOCVD 生長 0.11 微米的結晶層， 再用 HVPE 生長約 300 微米的氮化鎵襯底層，最后將原襯底剝離、拋光等。 氮化

28、鎵襯底：氮化鎵襯底：主流產品以 23 英寸為主，4 寸也已經實現產業化。目前的 GaN 襯底 市場重度集中，超過 85%的市場份額掌握在 3 家日本企業手中，它們分別是住友電工、三 菱化學及 Sciocs，其它廠商仍處于小規模量產或研發階段。 外延生長：外延生長：外延生長襯底主要有 GaN-on-Si、GaN-on-SiC、GaN-on-sapphire、GaN- on-GaN 四種。GaN-on-Si：因為硅是最成熟和成本最低的襯底材料，硅的生長速度很快 且成本較低，在 Si 上外延 GaN 可以有效降低成本，同時可以制作大尺寸外延片。GaN- on-SiC：碳化硅具有優異的導熱性，與氮化鎵

29、的高功率密度和低損耗相結合，是射頻器件 的合適材料。但是受限于碳化硅的襯底生長難度，目前尺寸仍然限制在 4 寸與 6 寸，8 寸 尚未推廣。GaN-on-SiC 外延片主要用于制造微波射頻器件。GaN-on-sapphire：主要應 用在 LED 市場，主流尺寸為 4 英寸，藍寶石襯底氮化鎵 LED 芯片市場占有率達到 90% 以上。GaN-on-GaN：采用同種類的氮化鎵主要應用市場是藍/綠光激光器，應用于激光顯 示、激光存儲、激光照明等領域。 氮化鎵器件設計和制造氮化鎵器件設計和制造：氮化鎵器件主要包括射頻器件和電力電子器件，射頻器件產 品包括功率放大器和開關器等，主要面向基站衛星、軍用雷

30、達等市場；電力電子器件產品 包括 場效應晶體管等產品，主要應用于無線充電、電源開關和逆變器等市場。 圖 15：氮化鎵器件主要制備流程 資料來源：新材料在線，中信證券研究部 氮化鎵氮化鎵的優勢在哪里？的優勢在哪里？ 氮化鎵氮化鎵具有較高的具有較高的功率功率和頻率性能，同時具有優良的熱導率，和頻率性能，同時具有優良的熱導率，可可被被應用于高應用于高電電壓高壓高頻頻 率率的場合。的場合。氮化鎵主要具備以下優勢：1）高禁帶寬度：）高禁帶寬度：使得氮化鎵器件耐壓水平提高，可 以輸出比 GaAs 高得多的功率，特別適合 5G 通訊基站，軍用雷達等領域；2）高轉換效）高轉換效 率率：氮化鎵開關功率器件的導通

31、電阻比硅器件低 3 個數量級，能明顯降低開關導通損耗。 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 8 3）高）高熱導率熱導率：氮化鎵的熱導率是砷化鎵的 4 倍左右，散熱性能優良，非常適合用于大功 率、高溫度等領域。 圖 16：氮化鎵主要終端應用 資料來源：Yole，中信證券研究部 氮化鎵電子器件產業鏈包括上游的襯底和外延環節、 中游的器件和模塊制造環節。氮化鎵電子器件產業鏈包括上游的襯底和外延環節、 中游的器件和模塊制造環節。 1） 襯底環節：襯底生產企業包括日本的住友電工以及國內的蘇州納維、東莞中鎵等。 2）外 延環節國內主要有晶湛半導體，國外包括 EpiGaN、DO

32、WA、IQE、NTT-AT 等公司。3） 器件、模塊環節：主要包括安譜隆、三安集成、海威華芯、江蘇能華、華功半導體、英諾 賽科、大連芯冠等。 圖 17：氮化鎵電子器件產業鏈 資料來源：各公司官網，中信證券研究部 表 3：氮化鎵半導體產業鏈國內外主要廠商簡介 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 9 生產環節生產環節 公司公司 國家國家/地區地區 簡介簡介 襯底制造 住友電氣 日本 氮化鎵襯底全球行業龍頭，占據氮化鎵襯底大約 90%市場份額 三菱化學 日本 已量產于照明用白色 led 的氮化鎵基底 蘇州納維 中國 是中國首家氮化鎵襯底晶片供應商 東莞天鎵 中國 國內領

33、先的專業從事第三代半導體材料研發和制造的高新技術企業 外延晶片生長和 加工 EpiGaN 比利時 已率先實現 8 寸硅基氮化鎵晶圓工業量產，用于 5G 通訊、高效電力電子領域 DOWA 日本 通過使用專利緩沖層在氮化鎵外延片上實現高電壓電阻和良好的平整度,可用于逆變器 以及移動基站 IQE 英國 全球領先的設計和制造先進的半導體外延產品的公司之一，公司 2018 年共實現營收 1.56 億英鎊 NTT-AT 日本 公司生產的氮化鎵外延片因高擊穿電壓、低漏電流和出色的 2DEG 特性而聞名 嘉晶電子 中國臺灣 致力于專業氮化鎵外延代工和外延服務，生產、銷售外延產品 晶湛半導體 中國 產品包括 S

34、i 基、藍寶石基和 SiC 基氮化鎵外延片 芯片設計 Transphorm 美國 覆蓋 GaN 完整產業鏈，從 EPI 到設計、制造，是業內領先的 GaN 器件供應商 安譜隆 中國 主要業務包括 LDMOS、SiC 基 GaN 功率放大器等射頻器件的設計 芯片制造 美國環宇 美國 三安美國合資伙伴環宇氮化鎵實現量產，全球首家 富士通 日本 世界領先的日本信息通信技術（ICT）企業 三安集成 中國 在第三代半導體領域定位做代工服務。公司成功收購瑞典 SiC 襯底和外延生產企業 Norstel，并與美國代工企業 GCS 設立合資公司三安環宇，三安持股 51% 海威華芯 中國 具有砷化鎵、氮化鎵相關

35、產品能力。同時公司在 GaN、SiC 等化合物半導體領域已逐 漸展開布局 整合元件廠 （IDM） 住友電氣 日本 氮化鎵襯底全球行業龍頭，占據氮化鎵襯底大約 90%市場份額 Exagan 法國 Exagan 是氮化鎵半導體技術的領先革新者,一直致力于研發尺寸更小,效率更高的電力 轉換器 NXP 荷蘭 2018 年推出用于大型和戶外小單元 5G 蜂窩網絡的射頻氮化鎵(GaN)寬帶功率晶體管 江蘇能華 中國 公司成立于 2010 年 6 月，是由國家千人計劃專家朱廷剛博士領銜 華功半導體 中國 核心業務涵蓋以第三代半導體氮化鎵、碳化硅為主的電力電子器件產品 英諾賽科 中國 公司商業模式將采用 ID

36、M 全產業鏈模式，打造集研發、設計、外延生長、芯片制造、 測試于一體的生產平臺 大連芯冠 中國 公司研發生產產品包括第三代半導體氮化鎵外延以及氮化鎵功率器件 蘇州能訊 中國 國內除科研院所外唯一一家在 GaN 射頻功率器件領域擁有獨立氮化鎵 FAB 工廠和生 產能力的 IDM 公司 資料來源：各公司官網，中信證券研究部 氮化鎵器件和襯底市場規模多大？氮化鎵器件和襯底市場規模多大？ 功率器件方面，功率器件方面，電力系統市場電力系統市場有望成為氮化鎵功率器件市場規?？焖偬岣叩闹饕寗佑型蔀榈壒β势骷袌鲆幠？焖偬岣叩闹饕寗?因素。因素。 根據 Yole 預測， 2016-2018 年氮化鎵

37、功率器件市場規模年均復合增速為 56%； 2018- 2022 年 復合增速提高至 89%，預計到 2022 年氮化鎵功率器件的市場規?？偤蛯⑻嵘?4.62 億美元。其中，電力供應系統領域增速最快，預計到 2022 年電力系統領域市場規模 可達 2.43 億美元，占總市場規模比例超過一半。 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 10 圖 18：氮化鎵功率市場規模（單位：百萬美元） 資料來源：Yole（含預測），中信證券研究部 射頻器件方面，預計射頻器件方面，預計在在 2024 年年氮化鎵射頻器件氮化鎵射頻器件市場市場達到達到 20 億美元，億美元，2018-202

38、4 年年 CAGR 為為 21%。 根據 Yole 數據， 在 5G 通訊基站等通信設備和軍用高頻率雷達的拉動下， 到 2024 年，氮化鎵射頻器件市場規模有望突破 20 億美元，2018-2024 年 CAGR 達到 21%。其中通信設備和軍工應用占比最大，合計超過 85%。 圖 19：氮化鎵射頻器件市場規模 資料來源：Yole（含預測） 氮化鎵器件應用快速增長，預計氮化鎵器件應用快速增長，預計 2022 年帶動氮化鎵襯底需求年帶動氮化鎵襯底需求 30 萬片以上，對應市萬片以上，對應市 場規模達場規模達 64 億元。億元。 據 Yole 統計 2017 年全球氮化鎵襯底市場需求約 7.4 萬

39、片 （折合 2 寸） ， 預計 2022 年需求為 32 萬片；假設每片襯底的價格為 20000 元，我們預計 2022 年氮化鎵 襯底的市場規模有望達到 64 億元，2017-2022 年復合增長率達到 34%。目前的 GaN 襯 底市場重度集中，超過 85%的市場份額掌握在 3 家日本企業手中，它們分別是住友電工、 三菱化學及 Sciocs，其它廠商仍處于小規模量產或研發階段，預計未來國產替代仍有巨大 空間。 新材料新材料行業行業 GaN 專題報告專題報告2020.2.16 11 圖 20：全球 GaN 襯底需求量和市場規模預測 資料來源：Yole（含預測） ，中信證券研究部 14.819

40、.826.435.648.264.2 7.4 9.9 13.2 17.8 24.1 32.1 0 5 10 15 20 25 30 35 0 10 20 30 40 50 60 70 2017201820192020E2021E2022E 市場規模（億元)需求量（萬片） 分析師聲明分析師聲明 主要負責撰寫本研究報告全部或部分內容的分析師在此聲明： （i）本研究報告所表述的任何觀點均精準地反映了上述每位分析師個人對標的證券和 發行人的看法； （ii）該分析師所得報酬的任何組成部分無論是在過去、現在及將來均不會直接或間接地與研究報告所表述的具體建議或觀點相聯系。 評級說明評級說明 投資建議的評級標準投資建議的評級