2018年中國砷化鎵/氮化鎵材料簡介及未來市場空間預(yù)測：預(yù)計(jì)將迎來新一輪迅猛增長[圖]

    一、GaAs/GaN材料簡介

    1.砷化鎵（GaAs）是當(dāng)前最重要、技術(shù)成熟度最高的化合物半導(dǎo)體材料之一。GaAs材料具備禁帶寬度大、電子遷移率高的特性，且為直接帶隙，發(fā)光效率高，是當(dāng)前光電子領(lǐng)域應(yīng)用的最主要材料，同時(shí)也是重要的微電子材料。根據(jù)導(dǎo)電性能的差異，GaAs材料可分為半絕緣和半導(dǎo)體。

    半絕緣晶片中，襯底與形成在頂部的外延晶體管器件絕緣，主要應(yīng)用于制作射頻電路。

    半導(dǎo)體通過向GaAs中添加熔融導(dǎo)電摻雜劑來產(chǎn)生半導(dǎo)電的晶錠，主要用于制作光電器件，例如LED、激光器和光伏器件。

    2.氮化鎵（GaN）作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，相較于前兩代半導(dǎo)體材料，禁帶寬度更寬，具有更高的臨界擊穿電場，更大的飽和電子速率和更小的介電常數(shù)，能夠承受更高的工作電壓，適合更高頻率，可實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，同時(shí)耐高溫、耐腐蝕、抗輻射等性能優(yōu)異，在多項(xiàng)性能上能夠?qū)崿F(xiàn)對第二代半導(dǎo)體材料性能極限的突破。

    得益于性能上較第一、二代半導(dǎo)體材料質(zhì)的飛躍，GaN成為制作短波長發(fā)光器件、光電探測器以及高溫、高頻、大功率電子器件的理想材料。

    光電子領(lǐng)域：包括短波長LED、激光器、光電探測器等，特別是GaN基紫外光電探測器，可應(yīng)用于軍事、航空航天、環(huán)保、科研等多領(lǐng)域。

    電力電子領(lǐng)域：包括智能電網(wǎng)、太陽能發(fā)電、風(fēng)電領(lǐng)域的控制器等，節(jié)能和無損耗處理高電壓操作的特點(diǎn)也使得GaN成為新能源汽車電子器件的重要材料之一，GaN具備低損耗、高頻率、高效率優(yōu)勢。

    微波射頻領(lǐng)域：包括5G通信、衛(wèi)星通訊、雷達(dá)預(yù)警（GaN在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的重要場景）等，GaN具備高帶寬、高效率、高功率密度等優(yōu)勢。

    GaN的應(yīng)用仍以軍用為主導(dǎo)，并已經(jīng)開始逐步向汽車無人駕駛、無線通信基站等民用領(lǐng)域拓展。

    5G浪潮下，移動(dòng)設(shè)備射頻產(chǎn)業(yè)有望迎來重要發(fā)展機(jī)遇，作為器件的重要基石，上游材料的需求預(yù)計(jì)也將迎來新一輪迅猛的增長。

    二、GaAs/GaN市場空間預(yù)測

    1.手機(jī)：換機(jī)潮+滲透率提升+PA數(shù)量增加，GaAs需求大放量

    5G時(shí)代拉動(dòng)換機(jī)需求，智能手機(jī)市場有望重返增長軌道。全球智能手機(jī)進(jìn)入2015年以來，已經(jīng)屬于存量市場，市場日趨飽和，終端創(chuàng)新力度下降，消費(fèi)者換機(jī)周期拉長，出貨量持續(xù)下滑。

    全球來看，根據(jù)數(shù)據(jù)，2018年全球智能手機(jī)出貨量13.95億部，同比下滑4.8%，但2019年上半年開始市場出現(xiàn)復(fù)蘇跡象，預(yù)計(jì)下半年出貨量同比降幅收窄至0.4%，全年出貨量預(yù)計(jì)達(dá)13.711億部，同比下滑2.2%。國內(nèi)來看，2018年，我國手機(jī)出貨量進(jìn)一步下滑，其中智能手機(jī)出貨量下降至3.9億部，同比降低15.40%，但是智能手機(jī)出貨量仍高于2014年水平。

全球智能手機(jī)出貨量

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年中國砷化鎵行業(yè)市場全面調(diào)研及投資價(jià)值預(yù)測報(bào)告》

全球智能手機(jī)出貨量預(yù)測

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

    未來隨著5G手機(jī)開始正式使用，我國智能手機(jī)的出貨量將會迎來新一輪的增長。預(yù)計(jì)2020年全球智能手機(jī)出貨量將止跌轉(zhuǎn)升，同比增長1.6%，到2023年，預(yù)計(jì)全球智能手機(jī)出貨量達(dá)到14.845億部，2018-2023年GAGR達(dá)1.1%。

2012-2018年中國手機(jī)、智能手機(jī)出貨量統(tǒng)計(jì)情況

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

    GaAs在手機(jī)PA的市場份額有望持續(xù)提升。Si基CMOS由于禁帶寬度較小、擊穿電場較弱，電子遷移率和飽和電子速率較低，在工作頻率、輸出功率等方面性能上的局限性明顯，將越來越難以適應(yīng)射頻器件應(yīng)用場景向高頻、高功率的演進(jìn)。同時(shí)，性能更優(yōu)的GaN基射頻器件因技術(shù)和成本等問題尚難實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，5G時(shí)代Sub6GHz階段仍將是GaAs材料的主場，GaAsPA預(yù)計(jì)將持續(xù)搶占Si基CMOS的市場份額，滲透率進(jìn)一步提高。

2017-2023年手機(jī)PA材料市場份額

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    換機(jī)潮+滲透率提升+PA數(shù)量增加，GaAs需求迎來大放量。預(yù)測2019-2023年全球智能手機(jī)+功能手機(jī)GaAsPA需求量將從61.8億個(gè)增長至127億個(gè)，GAGR達(dá)19.8%。即使考慮小型化趨勢，未來幾年GaAsPA的需求量也有顯著的增長

全球手機(jī)GaAsPA需求量預(yù)測

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

    2.基站：數(shù)量快速增長，GaAs、GaN各領(lǐng)風(fēng)騷

    5G時(shí)代將以“宏基站為主，微基站為輔”的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，GaAs和GaN射頻器件將各領(lǐng)風(fēng)騷。由于5G方案的頻段相對于目前主流的4G頻段更高，相應(yīng)的波長就大大減小，繞射能力更差，路徑損耗也越大，也即5G相較于4G傳輸距離縮短，覆蓋能力顯著減弱，這一問題的解決就需要建設(shè)更多的基站數(shù)量。射頻材料的選擇上，微基站相較于宏基站體積小，功耗要求也相對較小，GaAs將成為微基站的主流，而宏基站則將以GaN基材料為主。

2012-2018年中國通信基站數(shù)量統(tǒng)計(jì)情況

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

    基站數(shù)量增加+單個(gè)基站上的PA數(shù)量成倍增長，帶動(dòng)GaAs和GaN需求大幅增長，此外，宏基站的應(yīng)用上，GaN在高頻、高功率性能上占據(jù)絕對優(yōu)勢，預(yù)計(jì)也會持續(xù)搶占LDMOS的市場份額，帶來需求進(jìn)一步提升

    預(yù)計(jì)2022年GaAs射頻器件市場總額增長至8.576億美元，GAGR達(dá)10.1%，其中，2022年基站領(lǐng)域的市場規(guī)模將達(dá)到3.707億美元，GAGR超過70%。預(yù)測2023年GaN射頻器件的市場規(guī)模將增長至13億美元，GAGR超過20%，最主要的增量也是來自于基站的應(yīng)用。

2016-2022年GaAs射頻器件市場總額預(yù)測（百萬美元）

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    3.LED：體量大，預(yù)計(jì)仍有穩(wěn)健增長

    LED是當(dāng)前GaAs襯底四大應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中僅次于射頻應(yīng)用的第二大應(yīng)用市場，預(yù)計(jì)未來幾年仍有穩(wěn)健的增長。GaAs的LED器件目前在手機(jī)上的應(yīng)用還只是開關(guān)，未來GaAs在智能手機(jī)紅外LED的應(yīng)用預(yù)計(jì)會有比較明顯的增長，預(yù)測2023年紅外LED-智能手機(jī)細(xì)分領(lǐng)域用GaAs襯底出貨量將達(dá)4.92萬片，GAGR達(dá)9%，市場總額也有望提升至340萬美元，GAGR達(dá)7%。

    汽車照明等領(lǐng)域用GaAs襯底體量大，同時(shí)預(yù)計(jì)仍有穩(wěn)健的增長，GaAs基紅橙黃LED在園藝照明（用于植物生長）的應(yīng)用增速強(qiáng)勁，此外，紅外的安防、智能手機(jī)等領(lǐng)域預(yù)計(jì)也有不錯(cuò)的增速，2023年LED領(lǐng)域用GaAs襯底出貨量預(yù)計(jì)提升至223.8萬片，2023年市場總額有望達(dá)到1.49億美元。

2017-2023年LED領(lǐng)域用GaAs襯底出貨量預(yù)測（等效6英寸,片）

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

2017-2023年LED領(lǐng)域用GaAs襯底市場總額預(yù)測（百萬美元）

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

    4.激光：從無到有，VCSEL有望實(shí)現(xiàn)高增速

    GaAs在激光領(lǐng)域的應(yīng)用可分為VCSEL和非VCSEL，當(dāng)前GaAs應(yīng)用的看點(diǎn)主要在于VCSEL。預(yù)計(jì)2023年激光領(lǐng)域GaAs襯底的出貨量將達(dá)到96.4萬片，GAGR達(dá)37%，預(yù)計(jì)2023年市場總額達(dá)1.50億美元，GAGR達(dá)28%。

2017-2023年激光領(lǐng)域用GaAs襯底出貨量及市場總額預(yù)測

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

2017-2023年激光領(lǐng)域用GaAs襯底出貨量及市場總額預(yù)測

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

    5.光伏：小眾市場，預(yù)計(jì)增速較低

    GaAs在空間光伏發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用受到Ge襯底的競爭，預(yù)計(jì)未來增速較低。

2017-2023年光伏領(lǐng)域用GaAs襯底出貨量預(yù)測（等效6英寸，片）

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

2017-2023年光伏領(lǐng)域用GaAs襯底市場總額預(yù)測（百萬美元）

數(shù)據(jù)來源：公共資料整理

    自主可控趨勢明確，拉開半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化替代序幕。不論是射頻芯片，還是激光、LED器件，材料制造環(huán)節(jié)都是產(chǎn)業(yè)鏈的核心價(jià)值所在，而目前基本由海外企業(yè)高度壟斷，國產(chǎn)化、自主品牌建設(shè)意識持續(xù)升溫。在自主可控的明確趨勢下，GaAs、GaN半導(dǎo)體材料行業(yè)有望迎來政策支持和產(chǎn)業(yè)升級的共振。