2018年三大化合物半導(dǎo)體材料發(fā)展現(xiàn)狀分析：氮化鎵將占據(jù)射頻器件市場(chǎng)約50%的份額[圖]

    半導(dǎo)體材料可分為單質(zhì)半導(dǎo)體及化合物半導(dǎo)體兩類，單質(zhì)半導(dǎo)體如硅（Si）、鍺(Ge）等所形成的半導(dǎo)體，化合物半導(dǎo)體為砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等化合物形成。半導(dǎo)體在過去主要經(jīng)歷了三代變化，。砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）半導(dǎo)體分別作為第二代和第三代半導(dǎo)體的代表，相比第一代半導(dǎo)體高頻性能、高溫性能優(yōu)異很多，制造成本更為高昂，可謂是半導(dǎo)體中的新貴。

    三大化合物半導(dǎo)體材料中，GaAs占大頭，主要用于通訊領(lǐng)域，全球市場(chǎng)容量接近百億美元，主要受益通信射頻芯片尤其是PA升級(jí)驅(qū)動(dòng)；GaN大功率、高頻性能更出色，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，目前市場(chǎng)容量不到10億美元，隨著成本下降有望迎來廣泛應(yīng)用；SiC主要作為高功率半導(dǎo)體材料應(yīng)用于汽車以及工業(yè)電力電子，在大功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

化合物半導(dǎo)體材料性能更為優(yōu)異

數(shù)據(jù)來源:公共資料整理

    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國化合物半導(dǎo)體行業(yè)市場(chǎng)運(yùn)行格局及投資前景分析報(bào)告》

    一、砷化鎵（GaAs）：無線通信核心材料，受益5G大趨勢(shì)

    砷化鎵具有高頻、抗輻射、耐高溫的特性，因此廣泛應(yīng)用在主流的商用無線通信、光通訊以及國防軍工用途上。無線通信的普及與硅在高頻特性上的限制共同催生砷化鎵材料脫穎而出，在無線通訊領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用。

    基帶和射頻模塊是完成3/4/5G蜂窩通訊功能的核心部件。射頻模塊一般由收發(fā)器和前端模組（PA、Switch、Filter）組成。其中砷化鎵目前已經(jīng)成為PA和Switch的主流材料。

    4G/5G頻段持續(xù)提升，驅(qū)動(dòng)PA用量增長。由于單顆PA芯片僅能處理固定頻段的信號(hào)，所以蜂窩通訊頻段的增加會(huì)顯著提升智能手機(jī)單機(jī)PA消耗量。隨著4G通訊的普及，移動(dòng)通訊的頻段由2010年的6個(gè)急速擴(kuò)張到43個(gè)，5G時(shí)代更有有望提升至60以上。目前主流4G通信采用5頻13模，平均使用7顆PA，4個(gè)射頻開關(guān)器。

PA價(jià)值量明顯受益4G發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)據(jù)來源:公共資料整理

    目前砷化鎵龍頭企業(yè)仍以IDM模式為主，包括美國Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago、Cree、德國Infineon等。產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式開始逐漸由IDM模式轉(zhuǎn)為設(shè)計(jì)+代工生產(chǎn)，典型事件為代工比例持續(xù)提升、avago去年將科羅拉多廠出售給穩(wěn)懋等。GaAs襯底和器件技術(shù)不斷成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品多樣化、器件設(shè)計(jì)的價(jià)值顯著，設(shè)計(jì)+制造的分工模式開始增加。

    2017年全球用于PA的GaAs器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到80-90億美元，大部分的市場(chǎng)份額集中于Skyworks、Qorvo、Avago三大巨頭。預(yù)計(jì)隨著通信升級(jí)未來兩年有望正式超過100億美元。

    二、氮化鎵&碳化硅：高壓高頻優(yōu)勢(shì)顯著

    氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)并稱為第三代半導(dǎo)體材料的雙雄，由于性能不同，二者的應(yīng)用領(lǐng)域也不相同。由于氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、飽和電子速率大、熱導(dǎo)率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為高溫、高頻、大功率微波器件的首選材料之一。

PA產(chǎn)品市場(chǎng)占比

數(shù)據(jù)來源:公共資料整理

    1.碳化硅：功率器件核心材料，新能源汽車驅(qū)動(dòng)成長

    SiC主要用于大功率高頻功率器件。以SiC為材料的二極管、MOSFET、IGBT等器件未來有望在汽車電子領(lǐng)域取代Si。目前SiC半導(dǎo)體仍處于發(fā)展初期，晶圓生長過程中易出現(xiàn)材料的基面位錯(cuò)，以致SiC器件可靠性下降。另一方面，晶圓生長難度導(dǎo)致SiC材料價(jià)格昂貴，預(yù)計(jì)想要大規(guī)模得到應(yīng)用仍需一段時(shí)期的技術(shù)改進(jìn)。

SiC應(yīng)用領(lǐng)域

數(shù)據(jù)來源:公共資料整理

    預(yù)測(cè)到2025年SiC功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到30億美元。在未來的10年內(nèi)，SiC器件將開始大范圍地應(yīng)用于工業(yè)及電動(dòng)汽車領(lǐng)域?？v觀全球SiC主要市場(chǎng)，電力電子占據(jù)了2016-2018年最大的市場(chǎng)份額。該市場(chǎng)增長的主要驅(qū)動(dòng)因素是由于電源供應(yīng)和逆變器應(yīng)用越來越多地使用SiC器件。

碳化硅市場(chǎng)空間（百萬美元）

數(shù)據(jù)來源:公共資料整理

    2.氮化鎵：5G時(shí)代來臨，射頻應(yīng)用前景廣闊

    目前氮化鎵器件有三分之二應(yīng)用于軍工電子，如軍事通訊、電子干擾、雷達(dá)等領(lǐng)域；在民用領(lǐng)域，氮化鎵主要被應(yīng)用于通訊基站、功率器件等領(lǐng)域。氮化鎵基站PA的功放效率較其他材料更高，因而能節(jié)省大量電能，且其可以幾乎覆蓋無線通訊的所有頻段，功率密度大，能夠減少基站體積和質(zhì)量。

GaN較GaAs大幅減少體積

數(shù)據(jù)來源:公共資料整理

    特色工藝代工廠崛起，分工大勢(shì)所趨。全球半導(dǎo)體分為IDM(IntegratedDeviceManufacture，集成電路制造)模式和垂直分工模式兩種商業(yè)模式，老牌大廠由于歷史原因，多為IDM模式。隨著集成電路技術(shù)演進(jìn)，摩爾定律逼近極限，各環(huán)節(jié)技術(shù)、資金壁壘日漸提高，傳統(tǒng)IDM模式弊端凸顯，新銳廠商多選擇Fabless（無晶圓廠）模式，輕裝追趕。同時(shí)英飛凌、TI、AMD等老牌大廠也逐漸將全部或部分制造、封測(cè)環(huán)節(jié)外包，轉(zhuǎn)向Fab-Lite（輕晶圓廠）甚至Fabless模式。

氮化鎵射頻器件產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化

數(shù)據(jù)來源:公共資料整理

    氮化鎵射頻器件高速成長，復(fù)合增速23%，下游市場(chǎng)結(jié)構(gòu)整體保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)顯示，2017年氮化鎵射頻市場(chǎng)規(guī)模為3.8億美元，將于2023年增長至13億美元，復(fù)合增速為22.9%。下游應(yīng)用結(jié)構(gòu)整體保持穩(wěn)定，以通訊與軍工為主，二者合計(jì)占比約為80%。

    基站建設(shè)將是氮化鎵市場(chǎng)成長的主要驅(qū)動(dòng)力之一。數(shù)據(jù)顯示，2018年，基站端氮化鎵射頻器件市場(chǎng)規(guī)模不足2億美元，預(yù)計(jì)到2023年，基站端氮化鎵市場(chǎng)規(guī)模將超5億美元。氮化鎵射頻器件市場(chǎng)整體將保持23%的復(fù)合增速，2023年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)13億美元。

氮化鎵射頻器件市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來源:公共資料整理

    氮化鎵將占射頻器件市場(chǎng)半壁江山。在射頻器件領(lǐng)域，目前LDMOS（橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體）、GaAs（砷化鎵）、GaN（氮化鎵）三者占比相差不大，預(yù)測(cè)至2025年，砷化鎵市場(chǎng)份額基本維持不變的情況下，氮化鎵有望替代大部分LDMOS份額，占據(jù)射頻器件市場(chǎng)約50%的份額。