1、证券研究报告 作者：刘凯 执业证书编号：S0930517100002 2020年09月08日 第三代半导体大势所趋，国内厂 商全产业链布局 第三代半导体系列报告之一 请务必参阅正文之后的重要声明 第三代半导体大势所趋，碳化硅更适合作为衬底材料：第三代半导体材料主要分为碳化硅SiC和氮 化镓GaN，相比于第一、二代半导体，其具有更高的禁带宽度、高击穿电压、电导率和热导率，在高 温、高压、高功率和高频领域将替代前两代半导体材料。氮化镓因缺乏大尺寸单晶，第三代半导体材 料的主要形式为碳化硅基碳化硅外延器件、碳化硅基氮化镓外延器件，碳化硅应用更为广泛。 新能源汽车为碳化硅材料带来巨大增量，国际大厂纷纷

2、布局。新能源汽车为碳化硅的最重要下游领 域，主要应用包括主驱逆变器、DC/DC转换器、充电系统中的车载充电机和充电桩等，根据Yole数 据，碳化硅功率器件市场规模将从2018年的4亿美金增加到2024年的50亿美金，复合增速约51%。 碳化硅衬底材料市场规模将从2018年的1.21亿美金增长到2024年的11亿美金，复合增速达44%。目 前CREE等国际大厂和国内企业纷纷大力布局碳化硅。 国内厂商在第三代半导体进行全产业链布局，自主可控能力较强。国内厂商布局第三代半导体的设 备、衬底、外延和器件全产业链环节，包括难度最大的衬底长晶环节，自动化程度较高的外延环节和 应用于下游市场的器件环节，第三

3、代半导体全产业链布局，可完全自主可控。 投资建议。建议关注：设备厂商：露笑科技、三安光电、晶盛机电；衬底厂商：露笑科技、三安光 电、天科合达、山东天岳等；外延厂商：瀚天天成和东莞天域等；器件厂商：三安光电、华润微、斯 达半导、扬杰科技等 风险分析：碳化硅良率提升不及预期；疫情缓和不及预期； 核心观点 2 上海合晟 rQpMsPsPpNqRsOsPzRuNpMaQcMbRtRrRsQoOeRpPvMeRpPxObRpPwOuOrMrNwMoOnQ 1、第三代半导体大势所趋 2、第三代半导体产业链厂商总结 4、风险分析 3、建议关注 请务必参阅正文之后的重要声明 第三代半导体大势所趋 性能优良，广

4、泛应用于新能源汽车、射频、工控等领域 市场增速快，国际大厂纷纷布局 4 请务必参阅正文之后的重要声明 三代半导体特性对比 资料来源：光大证券研究所 相对于第一代（硅基）半导体，第三代半导体（碳化硅等）禁带宽度大，电导率高、热导率高。硅 基因为结构简单，自然界储备量大，制备相对容易，被广泛应用半导体的各个领域，其中以处理信 息的集成电路最为主要。在高压、高功率、高频的分立器件领域，硅因其窄带隙，较低热导率和较 低击穿电压限制了其在该领域的应用，因而发展出宽禁带、耐高压、高热导率、高频的第二/三代半 导体。 什么是第三代半导体？ 5 -硅Si -锗Ge 第第一代一代 半导体半导体 -砷化镓GaAs

5、 -磷化铟InP 第二代第二代 半导体半导体 -碳化硅SiC -氮化镓GaN 第三代第三代 半导体半导体 主要应用： 集成电路、部分 功率分立器件 （中低压，中低 频等，硅基IGBT 可应用在高压领 域） 制备工艺成熟、 成本低廉、自然 界储备量大，应 用广泛 主要应用： 微电子和光电子领 域、微波功率器件、 低噪声器件、发光 二级管、激光器、 光探测器等 生长工艺较成熟、 较好的电子迁移率， 带隙等材料特性 资源稀缺，有毒性， 污染环境 主要应用： 新能源汽车、5G 宏基站、光伏、风 电、高铁等领域 （高温、高压、高 频率、高电导率） 高电导率、高热导 率、耐高温、耐高 压，目前生长困难、

6、成本较高，良率提 升后可大量使用 请务必参阅正文之后的重要声明 第三代半导体禁带宽度大于硅和砷化镓的禁带宽度 资料来源：CREE官网 三代半导体材料之间的主要区别是禁带宽度。现代物理学描述材料导电特性的主流理论是能带理论， 能带理论认为晶体中电子的能级可划分为导带和价带，价带被电子填满且导带上无电子时，晶体不 导电。当晶体受到外界能量激发（如高压），电子被激发到导带，晶体导电，此时晶体被击穿，器 件失效，禁带宽度代表了器件的耐高压能力。第三代半导体的禁带宽度是第一代和第二代半导体禁 带宽度的近3倍，具有更强的耐高压、高功率能力。 什么是第三代半导体？ 6 请务必参阅正文之后的重要声明 第三代半

7、导体材料能量密度高于硅和砷化镓能量密度 资料来源：CREE官网 第三代半导体材料能量密度更高。以氮化镓为例，其形成的HEMT器件结构中，其能量密度约为5- 8W/mm，远高于硅基MOS器件和砷化镓射频器件的0.5-1W/mm的能量密度，器件可承受更高的 功率和电压，在承受相同的功率和电压时，器件体积可变得更小。 什么是第三代半导体？ 7 请务必参阅正文之后的重要声明 三代半导体材料性能对比 资料来源：天科合达招股书、光大证券研究所 半导体芯片结构分为衬底、外延和器件结构。衬底通常起支撑作用，外延为器件所需的特定薄膜， 器件结构即利用光刻刻蚀等工序加工出具有一定电路图形的拓扑结构。 碳化硅热导率

8、高于氮化镓。第三代半导体的应用场景通常为高温、高压、高功率场景，器件需要具 有较好的耐高温和散热能力，以保证器件的工作寿命。碳化硅的热导率是氮化镓热导率的约3倍， 具有更强的导热能力，器件寿命更长，可靠性更高，系统所需的散热系统更小。 氮化镓单晶生长困难。氮化镓因为生长速率慢，反应副产物多，生产工艺复杂，大尺寸单晶生长困 难，目前氮化镓单晶生长尺寸在2英寸和4英寸，相比碳化硅难度更高。因此第三代半导体目前普遍 采用碳化硅作为衬底材料，在高压和高可靠性领域选择碳化硅外延，在高频领域选择氮化镓外延。 碳化硅更适合作为衬底材料 8 项目项目 Si GaAs 4H-SiC GaN 禁带宽度（eV） 1

9、.12 1.43 3.2 3.4 饱和电子漂移速 率（cm/s） 1.0107 1.0107 2.0107 2.5107 热导率（Wcm- 1K-1） 1.5 0.54 4 1.3 击穿电场强度 （MV/cm） 0.3 0.4 3.5 3.3 请务必参阅正文之后的重要声明 碳化硅MOSFET器件体积更小 资料来源：CREE官网 碳化硅衬底器件体积更小。由于碳化硅具有较高的禁带宽度，碳化硅功率器件可承受较高的电压和 功率，其器件体积可变得更小，约为硅基器件的1/10。 碳化硅器件电阻更小。同样由于碳化硅较高的禁带宽度，碳化硅器件可进行重掺杂，碳化硅器件的 电阻将变得更低，约为硅基器件的1/100

10、。 碳化硅衬底器件体积小 9 请务必参阅正文之后的重要声明 碳化硅器件能量损失更小 资料来源：CREE官网 碳化硅衬底材料能量损失更小。在相同的电压和转换频率下，400V电压时，碳化硅MOSFET逆变 器的能量损失约为硅基IGBT能量损失的29%-60%之间；800V时，碳化硅MOSFET逆变器的能量损 失约为硅基IGBT能量损失的30%-50%之间。碳化硅器件的能量损失更小。 碳化硅衬底材料能量损失小 10 请务必参阅正文之后的重要声明 碳化硅MOSFET电动车续航里程更长 资料来源：CREE官网 相较于硅基IGBT，碳化硅MOSFET电动车的续航里程更长。对于EPA 城市路况，碳化硅MOS

11、FET 相较于硅基IGBT，将节省77%的能量损耗；对于EPA 高速路况，碳化硅MOSFET相较于硅基IGBT， 节省85%的能量损耗。能量损耗的节省导致车辆续航里程的增加，使用碳化硅MOSFET的电动车比 使用硅基IGBT电动车将增加5-10%的续航里程。 碳化硅MOSFET电动车的续航里程更长 11 请务必参阅正文之后的重要声明 碳化硅应用领域 资料来源：天科合达招股书，光大证券研究所 第三代半导体目前主流器件形式为碳化硅基-碳化硅外延功率器件、碳化硅基-氮化镓外延射频器件， 用以实现AC-AC(变压器)、AC-DC(整流器)、DC-AC(逆变器)、DC-DC(升降压变换器)，碳 化硅器件

12、更适合高压和高可靠性情景，应用在新能源汽车和工控等领域，氮化镓器件更适合高频情 况，应用在5G基站等领域。 碳化硅基器件应用空间广阔 12 请务必参阅正文之后的重要声明 碳化硅材料市场规模快速增长 资料来源：Cree官网 碳化硅功率器件被广泛应用于新能源汽车中的主驱逆变器、DC/DC转换器、充电系统中的车载充电 机和充电桩等，光伏、风电等领域。受益新能源汽车的放量，碳化硅功率器件市场将快速增长。 根据Yole数据，2018年和2024年碳化硅功率器件市场规模分别约4亿和50亿美金，复合增速约 51%，按照该复合增速，2027年碳化硅功率器件市场规模约172亿美金。 碳化硅功率器件市场增速快 1

13、3 请务必参阅正文之后的重要声明 碳化硅基氮化镓射频器件市场规模 资料来源：Cree官网 碳化硅基氮化镓射频器件被大量应用在5G宏基站、卫星通信、微波雷达、航空航天、电子对抗等国 防军工领域，随着5G建设的逐步展开，氮化镓射频器件市场规模将有较快增长。 根据Yole统计，2018年和2024年氮化镓射频器件市场规模分别约为6亿美金和20亿美金，复合增速 为20.76%。 碳化硅基氮化镓射频器件市场增速较快 14 请务必参阅正文之后的重要声明 碳化硅材料市场规模快速增长 资料来源：Cree官网 受益新能源汽车的放量和5G建设应用的推广，碳化硅衬底材料市场规模有望实现快速增长。 根据Yole统计，

14、碳化硅衬底材料市场规模将从2018年的1.21亿美金增长到2024年的11亿美金，复 合增速达44%。按照该复合增速，2027年碳化硅衬底材料市场规模将达到约33亿美金。 碳化硅衬底材料市场增速快 15 请务必参阅正文之后的重要声明 英飞凌2016年欲收购Wolfspeed，2018年收购Sitectra。2016年7月，英飞凌欲以8.5亿美元收 购CREE旗下Wolfspeed功率和射频事业部，Wolfspeed是CREE旗下专注碳化硅功率器件和碳化硅 基淡化及射频功率解决方案的主要供应商，后因美国政府干预而流产。2018年英飞凌收购Siltectra， Siltectra为德国厂商，201

15、0年研发出一项切割晶体材料的技术，可以最大限度减少材料损耗，填补 了英飞凌的切磨抛工艺。 意法半导体收购Norstel AB。2019年，意法半导体收购了瑞典碳化硅晶圆厂商Norstel AB。意法 半导体总裁兼CEO Jean-Marc Chery表示，在全球碳化硅产能受限的环境下，并购Norstel将有助 于增强ST内部的碳化硅生态系统，保证意法半导体的晶圆供给量，满足汽车和工业客户未来几年增 长的MOSFET和二极管需求。 英飞凌与CREE签署长期供货协议。2018年12月，英飞凌与CREE签署长期协议，CREE将向英飞凌 供应150mm 碳化硅晶圆，帮助英飞凌积极拓展光伏逆变器和新能源

16、汽车领域的产品供应。 意法半导体与CREE签署长期供货协议。2019年1月，意法半导体与CREE签署长单协议，CREE将向 意法半导体供应2.5亿美金的6英寸碳化硅晶圆片和外延片。 CREE扩产。2019年5月，CREE投资10亿美元在美国总部北卡罗莱纳州达勒姆市建造自动化生产8 英寸碳化硅工厂。2019年9月在美国纽约Marcy建造满足车规级标准的8英寸碳化硅功率和射频工厂。 国际大厂纷纷布局 16 1、第三代半导体大势所趋 2、第三代半导体产业链厂商总结 4、风险分析 3、建议关注 请务必参阅正文之后的重要声明 碳化硅产业链主要厂商 18 晶片晶片 外延外延 器件器件 II-VI Nors

17、tel Renesas、Littelfuse、 GeneSiC、Microsemi Showa Denko Iinfineon、ST、Mitsubishi、Fuji CREE、ROHM 天科合达、山东天岳、东尼电子、楚江新材、天科合达、山东天岳、东尼电子、楚江新材、 天通股份等天通股份等 瀚天天成、东瀚天天成、东 莞天域等莞天域等 三安光电、中电科五十五所、中电科十三所等三安光电、中电科五十五所、中电科十三所等 华润微、扬杰科技、华润微、扬杰科技、 泰科天润、绿能芯创、泰科天润、绿能芯创、 上海詹芯、基本半导上海詹芯、基本半导 体、中国中车等体、中国中车等 境外企业境外企业 境内企业境内企业

18、碳化硅产业链环节分为设备、衬底片、外延片和器件环节。从事衬底片的国内厂商主要有露笑科技、 三安光电、天科合达、山东天岳等；从事碳化硅外延生长的厂商主要有瀚天天成和东莞天域等；从 事碳化硅功率器件的厂商较多，包括华润微、扬杰科技、泰科天润、绿能芯创、上海詹芯等。 设备设备 露笑科技露笑科技 碳化硅产业链境内外主要厂商 资料来源：光大证券研究所 请务必参阅正文之后的重要声明 氮化镓产业链分为衬底、外延片和器件环节。尽管碳化硅被更多地作为衬底材料（相较于氮化镓）， 国内仍有从事氮化镓单晶生长的企业，主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特和芯元基等；从事氮 化镓外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子、海

19、陆重工、晶湛半导体、江苏能华、英诺赛科 等；从事氮化镓器件的厂商主要有三安光电、闻泰科技、赛微电子、聚灿光电、乾照光电等。 氮化镓产业链主要厂商 19 衬底衬底 外延片外延片 器件器件/模组模组 住友电工、日立、古住友电工、日立、古 河电工、三菱、日本河电工、三菱、日本 信越、富士电机、台信越、富士电机、台 湾汉磊湾汉磊 电子电力：电子电力： Navitas、Dialog、 Transform、EPC、 Powerex 微波射频：微波射频： Toshiba、SAMSUNG Nitronex、Azzuro、 EpiGaN 苏州纳维、东莞中镓、苏州纳维、东莞中镓、 上海镓特、芯元基上海镓特、芯元基

20、 三安光电、赛微电子、三安光电、赛微电子、 海陆重工、晶湛半导体、海陆重工、晶湛半导体、 江苏能华、英诺赛科、江苏能华、英诺赛科、 大连芯冠、聚力成大连芯冠、聚力成 三安光电、闻泰科技、三安光电、闻泰科技、 赛微电子、海陆重工、赛微电子、海陆重工、 聚灿光电、乾照光电、聚灿光电、乾照光电、 亚光科技亚光科技 国际厂商国际厂商 中国大陆中国大陆 氮化镓产业链境内外主要厂商 资料来源：光大证券研究所 1、第三代半导体大势所趋 2、第三代半导体产业链厂商总结 4、风险分析 3、建议关注 请务必参阅正文之后的重要声明 资料来源：Wind、光大证券研究所，预测数据为Wind一致预期，股价时间为2020年

21、9月7日 碳化硅产业链厂商 21 证券代码证券代码 公司简称公司简称 总市总市 值值 净利润净利润 PEPE 19A 20E 21E 22E 19A 20E 21E 22E 设备设备 002617.SZ 露笑科技露笑科技 119 0.4 3.3 4.0 4.4 329 37 30 27 600703.SH 三安光电三安光电 1,249 13.0 17.9 24.5 32.3 96 70 51 39 300316.SZ 晶盛机电晶盛机电 347 6.4 8.7 11.2 13.9 55 40 31 25 002171.SZ 楚江新材楚江新材 129 4.6 5.4 6.5 7.6 28 24 2

22、0 17 600330.SH 天通股份天通股份 115 1.6 3.0 3.7 4.5 71 39 31 26 603595.SH 东尼电子东尼电子 66 -1.5 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A A20375.SH 天科合达天科合达 N/A 0.3 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A 未上市未上市 山东天岳山东天岳 未上市未上市 世纪金光世纪金光 衬底衬底 002617.SZ 露笑科技露笑科技 119 0.4 3.3 4.0 4.4 329 37 30 27 600703.SH 三安光电三安光电 1,249 13.0 17.9 24.5 32.3

23、96 70 51 39 002171.SZ 楚江新材楚江新材 129 4.6 5.4 6.5 7.6 28 24 20 17 600330.SH 天通股份天通股份 115 1.6 3.0 3.7 4.5 71 39 31 26 603595.SH 东尼电子东尼电子 66 -1.5 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A A20375.SH 天科合达天科合达 N/A 0.3 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A 未上市未上市 山东天岳山东天岳 未上市未上市 世纪金光世纪金光 证券代码证券代码 公司简称公司简称 总市总市 值值 净利润净利润 PEPE 19A 20

24、E 21E 22E 19A 20E 21E 22E 外延外延 002617.SZ 露笑科技露笑科技 119 0.4 3.3 4.0 4.4 329 37 30 27 600703.SH 三安光电三安光电 1,249 13.0 17.9 24.5 32.3 96 70 51 39 未上市未上市 瀚天天成瀚天天成 未上市未上市 东莞天域东莞天域 器件器件 600703.SH 三安光电三安光电 1,249 13.0 17.9 24.5 32.3 96 70 51 39 688396.SH 华润微华润微 615 4.0 7.0 8.5 10.5 153 88 72 58 603290.SH 斯达半导斯

25、达半导 291 1.4 1.8 2.5 3.5 215 159 115 84 300373.SZ 扬杰科技扬杰科技 174 2.3 3.0 3.9 4.9 77 58 45 35 300623.SZ 捷捷微电捷捷微电 156 1.9 2.5 3.1 3.9 82 64 51 40 600360.SH 华微电子华微电子 84 0.6 N/A N/A N/A 130 N/A N/A N/A 未上市未上市 比亚迪半导体比亚迪半导体 未上市未上市 泰科天润泰科天润 未上市未上市 绿能芯创绿能芯创 未上市未上市 上海詹芯上海詹芯 未上市未上市 基本半导体基本半导体 未上市未上市 中国中车中国中车 碳化硅

26、产业链环节分为设备、衬底片、外延片和器件环节。建议关注：设备厂商露笑科技、三安光 电、晶盛机电等；衬底厂商露笑科技、三安光电、天科合达、山东天岳等；外延厂商瀚天天成和东 莞天域等；器件厂商三安光电、华润微、斯达半导、扬杰科技等。 1、第三代半导体大势所趋 2、第三代半导体产业链厂商总结 4、风险分析 3、建议关注 请务必参阅正文之后的重要声明 碳化硅良率提升不及预期：碳化硅长晶技术难度较高，良率提升困难，如果碳化硅 生产良率不及预期，第三代半导体应用普及速度面临不及预期的风险。 疫情缓和不及预期：碳化硅的重要下游是新能源汽车领域，新能源汽车的一个重要 市场是欧洲市场，如果欧洲的疫情缓和不及预期

27、，新能源汽车难以放量，碳化硅应 用面临不及预期的风险。 风险分析 23 谢谢观看! THANK YOU! 刘凯 首席分析师 执业证书编号：S0930517100002 电子邮件： 联系电话： 021- 52523849 光大证券研究所电子研究团队 栾玉民 联系人 电子邮件： 联系电话： 25 分析师声明 本报告署名分析师具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格并注册为证券分析师，以勤勉的职业态度、专业审慎的研究方法，使用合法合规的信息，独 立、客观地出具本报告，并对本报告的内容和观点负责。负责准备以及撰写本报告的所有研究人员在此保证，本研究报告中任何关于发行商或证

28、券所发表的观点均如 实反映研究人员的个人观点。研究人员获取报酬的评判因素包括研究的质量和准确性、客户反馈、竞争性因素以及光大证券股份有限公司的整体收益。所有研究人员 保证他们报酬的任何一部分不曾与，不与，也将不会与本报告中具体的推荐意见或观点有直接或间接的联系。 行业及公司评级体系 买入未来6-12个月的投资收益率领先市场基准指数15%以上； 增持未来6-12个月的投资收益率领先市场基准指数5%至15%； 中性未来6-12个月的投资收益率与市场基准指数的变动幅度相差-5%至5%； 减持未来6-12个月的投资收益率落后市场基准指数5%至15%； 卖出未来6-12个月的投资收益率落后市场基准指数1

29、5%以上； 无评级因无法获取必要的资料，或者公司面临无法预见结果的重大不确定性事件，或者其他原因，致使无法给出明确的投资评级。 基准指数说明：A股主板基准为沪深300指数；中小盘基准为中小板指；创业板基准为创业板指；新三板基准为新三板指数；港股基准指数为恒生指数。 特别声明 光大证券股份有限公司（以下简称“本公司”）创建于1996年，系由中国光大（集团）总公司投资控股的全国性综合类股份制证券公司，是中国证监会批准的首 批三家创新试点公司之一。根据中国证监会核发的经营证券期货业务许可，本公司的经营范围包括证券投资咨询业务。 本公司经营范围：证券经纪；证券投资咨询；与证券交易、证券投资活动有关的财

30、务顾问；证券承销与保荐；证券自营；为期货公司提供中间介绍业务；证券投 资基金代销；融资融券业务；中国证监会批准的其他业务。此外，本公司还通过全资或控股子公司开展资产管理、直接投资、期货、基金管理以及香港证券业务。 本报告由光大证券股份有限公司研究所（以下简称“光大证券研究所”）编写，以合法获得的我们相信为可靠、准确、完整的信息为基础，但不保证我们所获得 的原始信息以及报告所载信息之准确性和完整性。光大证券研究所可能将不时补充、修订或更新有关信息，但不保证及时发布该等更新。 本报告中的资料、意见、预测均反映报告初次发布时光大证券研究所的判断，可能需随时进行调整且不予通知。在任何情况下，本报告中的

31、信息或所表述的意见 并不构成对任何人的投资建议。客户应自主作出投资决策并自行承担投资风险。本报告中的信息或所表述的意见并未考虑到个别投资者的具体投资目的、财务状况以 及特定需求。投资者应当充分考虑自身特定状况，并完整理解和使用本报告内容，不应视本报告为做出投资决策的唯一因素。对依据或者使用本报告所造成的一切后 果，本公司及作者均不承担任何法律责任。 不同时期，本公司可能会撰写并发布与本报告所载信息、建议及预测不一致的报告。本公司的销售人员、交易人员和其他专业人员可能会向客户提供与本报告中 观点不同的口头或书面评论或交易策略。本公司的资产管理子公司、自营部门以及其他投资业务板块可能会独立做出与本

32、报告的意见或建议不相一致的投资决策。本 公司提醒投资者注意并理解投资证券及投资产品存在的风险，在做出投资决策前，建议投资者务必向专业人士咨询并谨慎抉择。 在法律允许的情况下，本公司及其附属机构可能持有报告中提及的公司所发行证券的头寸并进行交易，也可能为这些公司提供或正在争取提供投资银行、财务顾 问或金融产品等相关服务。投资者应当充分考虑本公司及本公司附属机构就报告内容可能存在的利益冲突，勿将本报告作为投资决策的唯一信赖依据。 本报告根据中华人民共和国法律在中华人民共和国境内分发，仅向特定客户传送。本报告的版权仅归本公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形 式、任何目的进行翻版、复制、转载、刊登、发表、篡改或引用。如因侵权行为给本公司造成任何直接或间接的损失，本公司保留追究一切法律责任的权利。所有本 报告中使用的商标、服务标记及标记均为本公司的商标、服务标记及标记。 光大证券股份有限公司版权所有。保留一切权利。