|行業(yè)專題|金屬新材料wwwstockewwwstockecomcn金屬新材料金屬新材料日——行業(yè)專題報(bào)告投資要點(diǎn)行業(yè)評(píng)級(jí):看好(維持)口氮化鎵(GaN)是最具代表性的第三代半導(dǎo)體材料之一，禁帶寬度達(dá)到3.4eV。更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場(chǎng)、更高的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和速率及更優(yōu)的抗輻照能力，使得其在功率器件、射頻器件、光電器件領(lǐng)域大有作為。隨著5G通信、消費(fèi)電子、新能源汽車、數(shù)據(jù)中心等高景氣度下游逐步提出更高性能要求，有望放量提價(jià)?？诘壱r底制備技術(shù)正不斷突破，或成降本增效關(guān)鍵點(diǎn)目前GaN單晶襯底以2-3英寸為主，4英寸已實(shí)現(xiàn)商用，6英寸樣本正開(kāi)發(fā)。GaN體單晶襯底的主要方法有氫化物氣相外延法、氨熱法，以及助熔劑法；利用各生長(zhǎng)方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)有望解決單一生長(zhǎng)方法存在的問(wèn)題，進(jìn)而提升GaN晶體質(zhì)量、降低成本及推動(dòng)規(guī)模量產(chǎn)?？谏漕l電子領(lǐng)域、電力電子領(lǐng)域以及光電子領(lǐng)域?yàn)镚aN主要應(yīng)用方向GaN是目前能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高頻、高效、大功率的代表性器件，在5G基站、新能源充電樁等新基建代表中均有所應(yīng)用。GaN器件是支撐“新基建”建設(shè)的關(guān)鍵核心部件，有助于“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展。口伴隨下游新應(yīng)用規(guī)模爆發(fā)，GaN器件有望持續(xù)放量2017年-2021年國(guó)內(nèi)GaN功率器件與射頻器件市場(chǎng)規(guī)模從9.2億元/12.1億元增新能源、新消費(fèi)等領(lǐng)域的持續(xù)推進(jìn)，GaN器件在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)隨著國(guó)家政策的推動(dòng)和市場(chǎng)的需求，GaN器件在5G基站、數(shù)據(jù)中心有望集中放量，穩(wěn)定增長(zhǎng)。2021年我國(guó)5G基站用GaN射頻規(guī)模36.8億元。2023年以后，毫米波基站部署將成為拉動(dòng)市場(chǎng)的主要力量，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)GaN微波射頻器件市場(chǎng)規(guī)模成倍數(shù)增長(zhǎng)。GaN器件在“快充”場(chǎng)景引領(lǐng)下，有望隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和消費(fèi)電子巨大的存量市場(chǎng)而不斷破圈。根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2020年全球GaN功率市場(chǎng)規(guī)模約為4600萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)2026年可達(dá)11億美元，2020-2026年CAGR有望達(dá)到70%。GaN器件在太陽(yáng)能逆變器、風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車等方面將隨著技術(shù)不斷進(jìn)步陸續(xù)“上車”?？陲L(fēng)險(xiǎn)提示產(chǎn)品研發(fā)速度、下游推廣不及預(yù)期：相關(guān)高景氣度下游增速放緩，滲透率不及預(yù)期：產(chǎn)能受限風(fēng)險(xiǎn)存在：供應(yīng)鏈穩(wěn)定性受脫鉤影響較大。毅tockecomcn1《磁性材料-未來(lái)電氣化大時(shí)代的核心材料》2021.11.24wwwstockewwwstockecomcn17正文目錄 2.1氮化鎵襯底晶體制備技術(shù) 6 7 4.1穩(wěn)健增長(zhǎng)點(diǎn)1——5G通信基站驅(qū)動(dòng)射頻器件業(yè)務(wù)持續(xù)擴(kuò)張 104.2穩(wěn)健增長(zhǎng)點(diǎn)2——高功率電源需求帶動(dòng)功率器件放量提價(jià) 114.3潛在增長(zhǎng)點(diǎn)1——新能源汽車有望打開(kāi)GaN功率器件第二增長(zhǎng)曲線 134.4潛在增長(zhǎng)點(diǎn)2——AI新時(shí)代有望推動(dòng)數(shù)據(jù)中心提升功率半導(dǎo)體需求 13 5.1日本住友——氮化鎵技術(shù)儲(chǔ)備占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，技術(shù)支撐商業(yè)成功 14 5.3國(guó)內(nèi)氮化鎵產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r 15 wwwstockewwwstockecomcn 圖13：5G生態(tài)系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)電源(SMPS) 9-2025年國(guó)內(nèi)GaN功率、射頻器件市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)/億元 10 11 GaN少數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本與碳排放量 14 表7：氮化鎵行業(yè)產(chǎn)能情況(截至2020年底) 16wwwstockewwwstockecomcn/171氮化鎵：寬禁帶半導(dǎo)體后起之秀氮化鎵(GaN)是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度達(dá)到3.4eV，是最具代表性的第三代半導(dǎo)體材料之一。所第三代半導(dǎo)體因?yàn)榫哂懈鼘挼慕麕挾?、更高的擊穿電?chǎng)、更高的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和速率及更優(yōu)的抗輻照能力，更適合制作高溫、高頻、大功率及抗輻照器件，可廣泛應(yīng)用在高壓、高頻、高溫以及高可靠性等領(lǐng)域，包括射頻通信、雷達(dá)、衛(wèi)星、電源管理、汽車電子、工業(yè)電力電子等。性能指標(biāo)禁帶寬度/[eV]臨界場(chǎng)強(qiáng)/[MV/cm]電子遷移率熱導(dǎo)率WcmK飽和電子漂移速率/[107cm/s]Si1.120.315001.51.0SiC3.233.56504.02.0GaN3.423.320001.32.5第三代半導(dǎo)體材料正在成為搶占下一代信息技術(shù)、節(jié)能減排及國(guó)防安全技術(shù)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。所wwwstockewwwstockecomcnGaN產(chǎn)業(yè)范疇大致包括：GaN單晶襯底(以SiC、Si、藍(lán)寶石為襯底)、GaN材料外延、器件設(shè)計(jì)以及器件制造。國(guó)內(nèi)氮化鎵企業(yè)以IDM模式為主，充分挖掘行業(yè)技術(shù)潛力，且有條件率先實(shí)驗(yàn)并推行新技術(shù)。隨著行業(yè)規(guī)模不斷拓展，設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)分工，如傳統(tǒng)硅晶圓代工廠臺(tái)積電已經(jīng)開(kāi)始提供GaN制程的代工服務(wù)。證券研究所從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)來(lái)看，歐美日企業(yè)發(fā)展較早，技術(shù)積累、專利申請(qǐng)數(shù)量、規(guī)模制造能力等方面均處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，中國(guó)在自主替代大趨勢(shì)下，目前在產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均有所涉足，在政策支持下已在技術(shù)與生產(chǎn)方面取得進(jìn)步。2氮化鎵制備工藝氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括襯底與外延片的制備。在GaN器件中，襯底的選擇對(duì)于器件性能起關(guān)鍵作用，襯底也占據(jù)了大部分成本，因而襯底是GaN器件降低成本的突破口。由于GaN單晶襯底生長(zhǎng)尺寸受限，通常在異質(zhì)襯底(藍(lán)寶石、SiC和Si)上生長(zhǎng)外延片。外延材料GaNGaN襯底材料功GaN襯底材料功功率器件/射頻器件SiC功功率器件/射頻器件光電器件藍(lán)寶石目前GaN器件主要采用藍(lán)寶石、SiC、Si等襯底，但外延層GaN和異質(zhì)襯底之間存在晶格失配和熱失配問(wèn)題，效率降低，研究者們正著力突破GaN單晶襯底的制備技術(shù)。襯底材料最大尺寸/英寸成本/美元/片熱導(dǎo)率/[W/cm·K]外延片質(zhì)量Sapphire4200.5好820一般SiC64.9很好GaN2非常好上海有色網(wǎng)，浙商證券研究所wwwstockewwwstockecomcn2.1氮化鎵襯底晶體制備技術(shù)目前GaN單晶襯底以2-4英寸為主，4英寸已實(shí)現(xiàn)商用，6英寸樣本正開(kāi)發(fā)。GaN體單晶襯底的主要方法有氫化物氣相外延法(HVPE)、氨熱法，以及助熔劑法，上述三種方法對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)條件、生長(zhǎng)速率和優(yōu)劣比較如表4所示。方法晶體尺寸/位錯(cuò)密度生長(zhǎng)壓力生長(zhǎng)溫度/℃生長(zhǎng)速度優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)HVPE2-6inch/106-108cm-2atm1020-1050℃100-200μm/h高生長(zhǎng)速率成本高、曲率大氨熱法2-4inch/5*103cm-2100-400Mpa400-750℃20μm/d-1mm/d位錯(cuò)密度低、易產(chǎn)業(yè)化高壓、生長(zhǎng)速率低助熔劑法2-6inch/105cm-2＜5Mpa800℃10-60μm/h生長(zhǎng)溫度、壓力適中多晶成核控制難?HVPE方法生長(zhǎng)速率快、易得到大尺寸晶體，是目前商業(yè)上提供氮化鎵單晶襯底的主要方法；其缺點(diǎn)是成本高、晶體位錯(cuò)密度高、曲率半徑小以及會(huì)造成環(huán)境污染。?氨熱法生長(zhǎng)技術(shù)結(jié)晶質(zhì)量高，可以在多個(gè)籽晶上生長(zhǎng)，易規(guī)?；a(chǎn)，可以顯著降低成本；缺點(diǎn)是生長(zhǎng)壓力較高，生長(zhǎng)速率低。?助熔劑法生長(zhǎng)條件相對(duì)溫和，對(duì)生長(zhǎng)裝備要求低，可以生長(zhǎng)出大尺寸的氮化鎵單晶；其缺點(diǎn)是易于自發(fā)成核形成多晶，難以生長(zhǎng)出較厚的氮化鎵晶體。利用各生長(zhǎng)方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)解決單一生長(zhǎng)方法存在的問(wèn)題是解決GaN單晶晶體質(zhì)量、成本及規(guī)模量產(chǎn)的有效途徑。2021年三菱化學(xué)宣布采用低壓酸性氨熱法(LPAAT)開(kāi)發(fā)出4英寸GaN單晶襯底，且晶體缺陷僅為普通GaN襯底的1/00-1/1000。三菱化學(xué)計(jì)劃于2022年4月起開(kāi)始向市場(chǎng)供應(yīng)4英寸GaN單晶襯底。我們認(rèn)為，開(kāi)發(fā)生長(zhǎng)尺寸更大、良率更高的GaN晶體制備方法將是氮化鎵器件降本增效的關(guān)鍵一步，是其能否在諸多下游應(yīng)用領(lǐng)域滲透放量的決定性因素。wwwstockewwwstockecomcn2.2氮化鎵外延制備由于GaN的熔點(diǎn)很高，且飽和蒸汽壓較高，在自然界中無(wú)法以單晶形式存在，必須采用外延法進(jìn)行制備。MOCVD(金屬有機(jī)物氣相沉積法)，MBE(分子束外延法)，HVPE (氫化物氣相外延法)等是比較傳統(tǒng)的GaN薄膜制備方法。?MOCVD工藝以三甲基鎵作為鎵源，氨氣作為氮源，以藍(lán)寶石(Al2O3)作為襯底，并用氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w作為載氣，將反應(yīng)物載入反應(yīng)腔內(nèi)，加熱到一定溫度下使其發(fā)生反應(yīng)，在襯底表面上吸附、成核、生長(zhǎng)，最終形成一層GaN單晶薄膜。采用MOCVD法制備的產(chǎn)量大，生長(zhǎng)周期短，適合用于大批量生產(chǎn)。?MBE法制備GaN與MOCVD法類似，主要區(qū)別在于鎵源的不同。MBE法的鎵源通常采用Ga的分子束，NH3作為氮源。用該方法可以在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)GaN的生長(zhǎng)，一般為700℃左右。但外延層較厚的膜反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，在生產(chǎn)中發(fā)揮的效率欠佳，因此該方法尚不能用于大規(guī)模生產(chǎn)。?HVPE法與上述兩種方法的區(qū)別也在于鎵源，通常以鎵的氯化物GaCl3為鎵源，NH3為氮源，在襯底上以1000℃左右的溫度生長(zhǎng)出GaN晶體。此方法生成的GaN晶體質(zhì)量較好，高溫下生長(zhǎng)速度快，但高溫反應(yīng)對(duì)設(shè)備、成本與技術(shù)要求都比較高。浙商證券研究所wwwstockewwwstockecomcn3氮化鎵優(yōu)異性能支撐廣闊應(yīng)用氮化鎵材料具備更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場(chǎng)、更高的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和速率及更優(yōu)的抗輻照能力，目前其主要應(yīng)用方向可分為：電力電子領(lǐng)域、射頻電子領(lǐng)域以及光電子領(lǐng)域。所氮化鎵器件是支撐“新基建”建設(shè)的關(guān)鍵核心部件。氮化鎵是目前能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高頻、高效、大功率的代表性器件，在5G基站、新能源充電樁等新基建代表中均有所應(yīng)用。氮化鎵器件可實(shí)現(xiàn)高效電能轉(zhuǎn)換，有助于“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。第三代半導(dǎo)體可助力實(shí)現(xiàn)光伏、風(fēng)電、特高壓輸電、新能源汽車等諸多領(lǐng)域的高效電能轉(zhuǎn)換，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展。3.1電力電子領(lǐng)域氮化鎵高低損耗與高頻率的材料特性使其在電力電子領(lǐng)域具備應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，尤其是在消費(fèi)電子充電器、電源適配器等領(lǐng)域具有相當(dāng)?shù)臐B透潛力。GaN寬度是Si的3倍，擊穿電場(chǎng)是Si的10倍。同等額定電壓下GaN開(kāi)關(guān)功率器件的導(dǎo)通電阻比Si器件低3個(gè)數(shù)量級(jí)，極大降低了開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通損耗；高開(kāi)關(guān)頻率：GaN器件可在PFC中實(shí)現(xiàn)超過(guò)150kHz的開(kāi)關(guān)頻率，在直流電源轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)超過(guò)1MHz的開(kāi)關(guān)頻率，顯著縮小磁性器件的尺寸，更低成本實(shí)現(xiàn)更高功率密度。wwwstockewwwstockecomcn3.2射頻電子領(lǐng)域氮化鎵射頻器件主要應(yīng)用于軍用雷達(dá)、衛(wèi)星通訊、5G基站等方面，由于涉及國(guó)家安全，海外企業(yè)對(duì)高性能氮化鎵器件實(shí)行對(duì)華禁運(yùn)。在國(guó)產(chǎn)替代的迫切要求下，相關(guān)氮化鎵射頻器件企業(yè)已逐步打破國(guó)外壟斷，取得技術(shù)進(jìn)步。以5G通信為例，雖然消費(fèi)者可以通過(guò)5G獲得更高的帶寬、更低的延遲和更先進(jìn)的服務(wù)，但是這也將意味著服務(wù)價(jià)格會(huì)有所提高，而對(duì)電信和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商而言，設(shè)備和運(yùn)營(yíng)成本幾乎會(huì)是指數(shù)上升，主要原因就是5G比4G需要更多的電力消耗、更多基站布局以及更大的邊緣網(wǎng)絡(luò)容量。網(wǎng)世界，TechnologyWorld，浙商證券研究所解決上述難題的唯一方法是提高功率轉(zhuǎn)換級(jí)的效率，GaN體系可處理更高頻率與更高效能的電源。相較于硅組件，GaN可以在尺寸和能耗減半的條件下輸送同等功率，從而提升功率密度，幫助下游應(yīng)用場(chǎng)景極大降低空間需求。GaN的功率密度優(yōu)勢(shì)可充分滿足運(yùn)營(yíng)商在部署5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)對(duì)設(shè)備功率與頻率的要求。5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的要求與GaN的技術(shù)優(yōu)勢(shì)幾乎完美匹配。3.3光電子領(lǐng)域相較于傳統(tǒng)的硅材料，氮化鎵具有更高的電子遷移率、更寬的能隙、更好的熱導(dǎo)率和更高的韌性。這些特性使得氮化鎵在光電子領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。名稱介紹應(yīng)用領(lǐng)域Mini-LEDMicro-LED芯片尺寸介于50-200μm之間的LED器件智能電視顯示屏、智能手機(jī)、平板電以自發(fā)光的微米量級(jí)LED為發(fā)光腦等消費(fèi)電子背光應(yīng)用、VR/AR等像素單元的顯示技術(shù)氮化鎵材料可以用于制備高性能的LED(發(fā)光二極管)和LD(激光二極管)器件。LED具有高亮度、低功耗、長(zhǎng)壽命和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)和室外照明、汽車車燈、顯示屏、信號(hào)燈等領(lǐng)域。而LD則可以用于通信、醫(yī)療、工業(yè)加工等領(lǐng)域，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率、較小的尺寸和較快的開(kāi)關(guān)速度等特點(diǎn)。其次，氮化鎵材料還可以用于制備高性能的光電子器件，如光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池和光通信器件等。wwwstockewwwstockecomcn4下游市場(chǎng)加速滲透，新應(yīng)用逐步加碼據(jù)CASA數(shù)據(jù)，2021年我國(guó)第三代半導(dǎo)體SiC、GaN電力電子和GaN微波射頻市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到144.4億元，較2020年增長(zhǎng)28%。下游領(lǐng)域新能源汽車、5G基站建設(shè)、PV光伏和PD快充市場(chǎng)的爆發(fā)帶動(dòng)了第三代半導(dǎo)體器件不斷滲透。另一方面，隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)在近年來(lái)在新能源汽車、PD快充領(lǐng)域的突破，未來(lái)幾年國(guó)內(nèi)企業(yè)有望進(jìn)一步擠壓原本被國(guó)際大廠獨(dú)占的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。2017年-2021年國(guó)內(nèi)GaN功率器件與射頻器件市場(chǎng)規(guī)模從9.2億元/12.1億元增長(zhǎng)至17.6億元/73.3億元，CAGR分別為17.6%和56.9%。據(jù)CASAResearch統(tǒng)計(jì)，2021年國(guó)內(nèi)SiC、GaN功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模約為71.1億元，而第三代半導(dǎo)體在電力電子領(lǐng)域滲透率3%。氮化鎵器件在能源效率、功率密度、可靠性等方面相對(duì)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件有明顯的優(yōu)勢(shì)，伴隨5G通信生態(tài)、AIGC、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的快速發(fā)展，我們認(rèn)為高速、高效、高能的半導(dǎo)體器件需求將日益增加，GaN器件作為重要的功率和射頻器件，在未來(lái)大有可為。未來(lái)，隨著新基建、新能源、新消費(fèi)等領(lǐng)域的持續(xù)推進(jìn)，氮化鎵器件在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。隨著國(guó)家政策的推動(dòng)和市場(chǎng)的需求，氮化鎵器件在5G基站、數(shù)據(jù)中心有望集中放量，穩(wěn)定增長(zhǎng)；氮化鎵器件在太陽(yáng)能逆變器、風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車等方面將隨著技術(shù)不斷進(jìn)步陸續(xù)“上車”；GaN器件在“快充”的場(chǎng)景引領(lǐng)下，有望隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和消費(fèi)電子巨大的存量市場(chǎng)而不斷破圈?？偟膩?lái)看，我們認(rèn)為伴隨5G通信和消費(fèi)電子業(yè)務(wù)的確定性增長(zhǎng)、新能源賽道與數(shù)據(jù)中心的集中爆發(fā)，氮化鎵器件將在未來(lái)3-5年迎來(lái)“放量提價(jià)”的機(jī)遇。無(wú)線通訊基礎(chǔ)設(shè)施是氮化鎵射頻器件的主要應(yīng)用領(lǐng)域，占比達(dá)到50%，據(jù)CASAResearch統(tǒng)計(jì)，2021年GaN射頻市場(chǎng)規(guī)模為73.3億元，較上年增長(zhǎng)11%。氮化鎵材料的優(yōu)異性能使得其射頻器件在5G基站應(yīng)用中更為合適。5G基站中主要使用的是氮化鎵功率放大器和微波射頻器件。氮化鎵材料在耐高溫、耐高壓及承受大電流方面具備優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)通信芯片相比具備更優(yōu)秀的功率效率、功率密度和寬頻信號(hào)處理能力。wwwstockewwwstockecomcn根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，截至2022年12月末，我國(guó)已建成5G基站總數(shù)達(dá)到230萬(wàn)個(gè)，2022年新建88.7萬(wàn)站5G基站，當(dāng)前5G基站數(shù)量已達(dá)到移動(dòng)基站總數(shù)的22%。工信部指引2023年將新建5G基站60萬(wàn)個(gè)，累計(jì)5G基站總數(shù)將超過(guò)290萬(wàn)個(gè)。2021年我國(guó)5G基站用GaN射頻規(guī)模36.8億元。2023年以后，毫米波基站部署將成為拉動(dòng)市場(chǎng)的主要力量，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)GaN微波射頻器件市場(chǎng)規(guī)模成倍數(shù)增長(zhǎng)。折算成晶圓來(lái)看，2021年國(guó)內(nèi)5G宏基站生產(chǎn)對(duì)4英寸GaN晶圓需求量約8.4萬(wàn)片，未來(lái)5年的總需求將超過(guò)60萬(wàn)片。若毫米波基站開(kāi)始部署，其4英寸GaN晶圓總需求約為200-400萬(wàn)片。值得關(guān)注的是，目前GaN射頻器件隨著技術(shù)進(jìn)步價(jià)格下降。據(jù)Mouser數(shù)據(jù)，2018-2021年，RFGaNHEMT與SiLDMOS價(jià)差持續(xù)縮小。這也將有助于GaN射頻器件提升滲GaN的“雙高”特性在高性能消費(fèi)電子設(shè)備中滲透潛力巨大，可滿足快速充電與充電保護(hù)的場(chǎng)景要求。具體應(yīng)用場(chǎng)景主要包括：PD快充、電源適配器、無(wú)線充電、過(guò)電壓保護(hù)OVP等。消費(fèi)電子領(lǐng)域存量市場(chǎng)巨大但競(jìng)爭(zhēng)激烈，但占據(jù)性能高地的GaN功率器件有望不斷滲透并創(chuàng)造新的增量動(dòng)力。wwwstockewwwstockecomcn除PD快充以外，消費(fèi)電子市場(chǎng)還有兩個(gè)趨勢(shì)有望成為GaN功率產(chǎn)品在消費(fèi)電子領(lǐng)域的新增長(zhǎng)點(diǎn)，一是大功率快充產(chǎn)品的前端PFC電路中采用了GaN電力電子器件，二是蘋(píng)果、華為、三星等移動(dòng)設(shè)備廠商在研發(fā)基于GaN的高頻無(wú)線感應(yīng)充電產(chǎn)品來(lái)提升移動(dòng)產(chǎn)品的無(wú)線充電性能。根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2020年全球GaN功率器件市場(chǎng)規(guī)模約為4600萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)2026年R具體來(lái)看，“充電”將成為GaN功率器件放量提價(jià)的關(guān)鍵。在電源適配器、無(wú)線充電應(yīng)用中，GaN器件關(guān)斷速度快、開(kāi)關(guān)頻率高、無(wú)反向恢復(fù)損失、低傳導(dǎo)損耗的特點(diǎn)可以得到充分發(fā)揮，逐步取代原有電源適配器中SiMOSFET趨勢(shì)明顯。一方面，與傳統(tǒng)適配器中的SiMOSFET相比，GaN器件在減少開(kāi)關(guān)損耗及改善充電效率的同時(shí)保證適配器小尺寸化，可大大提升電源適配器效能；另一方面，5G的快速推廣加速GaN快充滲透前后裝市場(chǎng)。5G手機(jī)高能耗應(yīng)用增加及性能提高帶動(dòng)移動(dòng)終端快充需求上升，前后裝市場(chǎng)中，GaN電源適配器方案受到小米、OPPO、魅族、Anker等廠商采納，放量動(dòng)力明顯。CASAResearch數(shù)據(jù)顯示2021年國(guó)內(nèi)PD快充GaN電力電子器件市場(chǎng)規(guī)模為6.5億元，若以年均增速50%計(jì)，2026年可達(dá)50億元，對(duì)應(yīng)上游晶圓需求68萬(wàn)片。wwwstockewwwstockecomcn2022年全國(guó)新能源汽車銷量達(dá)到680萬(wàn)輛，滲透率爆發(fā)式提升，汽車電動(dòng)化等級(jí)提升顯著增加了功率半導(dǎo)體單車價(jià)值量。GaN功率半導(dǎo)體主要用于電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成系統(tǒng)，包括車載充電器OBC、DC-DC/DC-AC及BMS電池管理系統(tǒng)。車規(guī)級(jí)市場(chǎng)對(duì)功率芯片可靠性、穩(wěn)定性、效率要求更高。車規(guī)級(jí)芯片在溫度適用范圍、濕度、抗電磁干擾、抗機(jī)械振動(dòng)方面，都比消費(fèi)類和工業(yè)級(jí)提出更高要求，設(shè)計(jì)壽命也遠(yuǎn)長(zhǎng)于消費(fèi)類和工業(yè)級(jí)芯片。根據(jù)Navitas、Yole數(shù)據(jù)測(cè)算，預(yù)計(jì)2030年電動(dòng)汽車單車GaN價(jià)值量有望達(dá)到50美元/輛。0123E4E5E2.341.1Y-1.90%.90%2.30%00%00%.00%統(tǒng)汽車394.5274.1Y0%0%.20%0%Y90%0%7.20%0.90%盡管GaN功率器件具備優(yōu)異的性能，但在新能源汽車領(lǐng)域其滲透能力仍需持續(xù)關(guān)注，SiC器件在性能指標(biāo)、成本、工藝成熟度等方面均具備更強(qiáng)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。AI需求2023年，伴隨ChatGPT風(fēng)靡全球，AIGC有望加速推動(dòng)其下游業(yè)務(wù)，對(duì)上游算力支撐提出巨大需求，數(shù)據(jù)中心放量確定性極強(qiáng)。GaN功率半導(dǎo)體主要用于數(shù)據(jù)中心的PSU電源供應(yīng)單元。與傳統(tǒng)Si相比，GaN可以減少用電成本并提升能量密度，減小PSU單元尺寸、優(yōu)化數(shù)據(jù)中心整體機(jī)架排布，提供更緊湊、高效、可靠的電力供應(yīng)系統(tǒng)。wwwstockewwwstockecomcn2022年3月，GaNSystems宣布推出尖端電源單元(PSU)解決方案，使數(shù)據(jù)中心能夠提高盈利能力，降低運(yùn)營(yíng)成本，并減少能源消耗，為更可持續(xù)的未來(lái)做出貢獻(xiàn)。對(duì)于數(shù)據(jù)中心中的每10個(gè)一組的機(jī)架，如果使用基于GaN的PSU可提高300萬(wàn)美元的利潤(rùn)，并降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本，而且每年還可以減少100多噸的二氧化碳排放量。5氮化鎵領(lǐng)域企業(yè)梳理全球氮化鎵主要?jiǎng)?chuàng)新主體的龍頭集中于日本、美國(guó)。氮化鎵產(chǎn)業(yè)國(guó)外重點(diǎn)企業(yè)包括日本住友、美國(guó)Cree、德國(guó)英飛凌、韓國(guó)LG、三星等，中國(guó)企業(yè)代表有，晶元光電、三安光電、臺(tái)積電、華燦光電等，目前中國(guó)企業(yè)和國(guó)外企業(yè)相比，技術(shù)儲(chǔ)備、生產(chǎn)能力等方面仍有巨大差距。浙商證券研究所日本住友化學(xué)和住友電工是氮化鎵器件領(lǐng)域的兩家重要企業(yè)。住友化學(xué)在氮化鎵晶體生長(zhǎng)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，住友電工則在氮化鎵外延技術(shù)方面擁有非常強(qiáng)的技術(shù)積累。住友電工開(kāi)發(fā)了高質(zhì)量的氮化鎵外延片在高頻、高功率和高亮度等領(lǐng)域的氮化鎵器件研究方面取得了重要進(jìn)展，如高亮度LED和高功率器件。住友1970年開(kāi)始制造化合物半導(dǎo)體，2003年在全球率先量產(chǎn)GaN襯底，2006年在全球率先實(shí)現(xiàn)高性能GaNHEMT量產(chǎn)。目前是全球GaN射頻器件的主要供應(yīng)商。wwwstockewwwstockecomcn究院，智慧芽，浙商證券研究所住友化學(xué)與住友電工字上世紀(jì)70年代就開(kāi)始申請(qǐng)GaN相關(guān)專利，90年代隨著GaN單晶生長(zhǎng)，藍(lán)光LED技術(shù)突破，專利量快速增長(zhǎng)。目前失效專利占比較高，有效保有專利1600多件。本土專利布局最多，海外市場(chǎng)側(cè)重于美國(guó)、中國(guó)、歐洲和韓國(guó)。三安光電2000年成立于廈門(mén)，是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的LED外延片、芯片企業(yè)，2015年投資建設(shè)GaN高功率半導(dǎo)體項(xiàng)目；2018年在泉州斥資333億元投資Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料、LED外延、芯片、微波集成電路、光通訊、射頻濾波器等產(chǎn)業(yè)。在技術(shù)布局方面，三安光電以國(guó)內(nèi)布局為主，逐步拓展海外市場(chǎng)，重視美國(guó)市場(chǎng)。2001年開(kāi)始申請(qǐng)GaN-LED相關(guān)專利，此前專利來(lái)自索尼-夏普等轉(zhuǎn)讓，2013年全資收購(gòu)LuminusInc推動(dòng)了其技術(shù)積累。目前相關(guān)技術(shù)逐步向功率器件方向轉(zhuǎn)變積累，值得一提的是其已成為華為GaN功率器件代工商。5.3國(guó)內(nèi)氮化鎵產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r中國(guó)氮化鎵行業(yè)發(fā)展速度較快，國(guó)產(chǎn)化水平不斷提升，多家本土企業(yè)已擁有氮化鎵晶圓制造水平。截至2020年，國(guó)內(nèi)電力電子領(lǐng)域和射頻領(lǐng)域的GaN晶圓產(chǎn)線各有10條。wwwstockewwwstockecomcn應(yīng)用環(huán)節(jié)產(chǎn)線狀態(tài)與數(shù)量主要企業(yè)GaN電力電子GaN射頻已有+在建共10條已有+在建共10條英諾賽科、賽微電子、華潤(rùn)微、能華微電子、寧波海特創(chuàng)電控、三安光電三安光電、中電科13所、中電科55所、蘇州能訊、海威華芯2019年至2020年，中國(guó)氮化鎵外延及器件產(chǎn)能情況大幅提升，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)產(chǎn)能增長(zhǎng)，市場(chǎng)供給持續(xù)增長(zhǎng)。6風(fēng)險(xiǎn)提示(1)產(chǎn)品研發(fā)速度、下游推廣不及預(yù)期：半導(dǎo)體行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，近年來(lái)SiC技術(shù)升級(jí)、產(chǎn)品研發(fā)、材料迭代速度快，同時(shí)相關(guān)材料獲取終端應(yīng)用認(rèn)證周期較長(zhǎng)。同時(shí)以氧化鎵為代表的第四代半導(dǎo)體技術(shù)若取得突破也將威脅氮化鎵市場(chǎng)。(2)相關(guān)高景氣度下游增速放緩，滲透率不及預(yù)期：盡管5G通信、新能源、數(shù)據(jù)中心目前存在較強(qiáng)的景氣度，若出現(xiàn)需求不振，或相關(guān)Si基材料替代意愿不強(qiáng)，或SiC替代優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大，將影響GaN市場(chǎng)滲透率與進(jìn)一步放量。(3)產(chǎn)能受限風(fēng)險(xiǎn)存在：盡管目前國(guó)內(nèi)廠商以IDM模式為主，但該模式下資金投入大，新增產(chǎn)能周期長(zhǎng)，將受到半導(dǎo)體行業(yè)周期影響，或出現(xiàn)階段性產(chǎn)能受限；而對(duì)于采用Fabless模式的公司則強(qiáng)依賴于晶圓代工廠，且設(shè)計(jì)與產(chǎn)品對(duì)接速度降低，將影響整個(gè)行業(yè)供貨速度。(4)供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)依舊存在：目前，受美國(guó)政府管制及相關(guān)法律約束，相關(guān)技術(shù)與供應(yīng)鏈“脫鉤”趨勢(shì)仍在?？紤]到中國(guó)市場(chǎng)的巨大規(guī)模與海外廠商的技術(shù)領(lǐng)先