1、 证券证券研究报告研究报告行业深度研究行业深度研究 GaN 行业深度：行业深度：5G、快充、快充、 UVC第三代半导体潮起第三代半导体潮起 射频射频 GaN 在在 5G 基站和军用雷达的应用中基站和军用雷达的应用中独具优势独具优势 GaN 射频器件具有高频、高功率、宽带宽、低功耗、小尺寸的特点， 能在 5G 时代节省宝贵的 PCB 空间，并达到良好的功耗控制。GaN- on-Si 有望挑战 BTS 和 RF 功率市场中现有的 LDMOS 解决方案。 到 2024 年 GaN 射频市场空间可达 20 亿美元，CAGR 达 21%，主要由 军用雷达和无线基础设施市场拉动。全球市场主要由以 Cree

2、 和住友 电工为代表的美日企业统治， 国内厂商如三安光电、 海特高新、 华进 创威在 GaN RF HEMT 领域有一定实力。 快充快充、汽车电子汽车电子、消费消费电子电子推动推动功率功率 GaN 放量放量 GaN 在电源管理、 发电和功率输出方面具有明显的技术优势。 在 600 伏特左右电压下，其在芯片面积、电路效率和开关频率方面明显优 于硅，这使电源产品更为轻薄、高效。并且，GaN 充电器体积小、 功率高、支持 PD 协议，有望在未来统一笔电和手机的充电器市场， 市场前景广阔。 预计 2024 年 GaN 电源市场将超过 3.5 亿美元， CAGR 达 85，GaN 快充是主要推动力量。全

3、球市场由 Infineon、EPC、 GaN Systems、 Transphorm和Navitas等公司主导， 产品主要由TSMC， Episil、X-FAB 代工。国内新兴代工厂中，三安光电和海特高新具有 量产 GaN 功率器件的能力。 疫情疫情中短期内刺激中短期内刺激光电市场光电市场，基于基于 GaN 的的深紫外深紫外 UVC 需求高涨需求高涨 GaN 因其材料的高频特性是制备紫外光器件的良好材料，GaN 基紫 外激光器在紫外固化、紫外杀菌等领域有重要的应用价值。疫情期 间， 中美都已启用基于 GaN 的 UVC 进行消毒杀菌。 2018 年全球 UV LED 市场规模达 2.99 亿美

4、金，预计到 2023 年市场规模将达 9.91 亿 美金， 2018-2023 年复合增长率达到 27%。 目前市场上高端的深紫外 LED 产品仍以日本、韩国厂商为主，国内有布局深紫外芯片-封装- 模组产业链的青岛杰生 （圆融光电） ， 深紫外 LED 芯片的三安光电、 湖北深紫、中科潞安、华灿光电、鸿利秉一，以及高性能紫外传感芯 片的镓敏光电。 投资建议投资建议 我们认为，5G 对高功率射频的需求，手机和笔电对高效轻小快充的 需求将在 2020-2021 年爆发，疫情对深紫外 UVC 的需求将在 2020 年短期内集中爆发。中长期来看，三类需求面对的都是 GaN 器件的 蓝海市场，具有可观的

5、增长空间。我们建议关注三安光电 （600703.SH）、海特高新（002023.SZ）、闻泰科技（600745.SH）、 华灿光电（300323.SZ）、士兰微（600460.SH）等。 风险提示风险提示 技术创新进度缓慢、市场推广不及预期、消费市场需求疲软 电子 电子 维持维持 买入买入 雷鸣雷鸣 执业证书编号：S01 研究助理研究助理 刘双锋刘双锋 研究助理研究助理 朱立文朱立文 发布日期： 2020 年 02 月 18 日 市场市场表现表现 相关研究报告相关研究报告 -6% 14% 34% 54% 74% 2019/2/18 2019/3/1

6、8 2019/4/18 2019/5/18 2019/6/18 2019/7/18 2019/8/18 2019/9/18 2019/10/18 2019/11/18 2019/12/18 2020/1/18 电子沪深300 行业深度研究报告 电子电子 请参阅最后一页的重要声明 目录目录 一、第三代半导体 GaN：射频、电源、光电子广泛运用 . 1 1.1 5G 时代，第三代半导体优势明显 . 1 1.2 GaN 优势明显，5G 时代拥有丰富的应用场景 . 2 二、射频：5G 基站、雷达GaN 射频器件大有可为 . 3 2.1 GaN 在高温、高频、大功率射频应用中独具优势 . 3 2.2 G

7、aN 射频市场规模到 2024 年约为 20 亿美元，CAGR 达 21% . 6 2.3 GaN 射频市场：美日统治，欧洲次之，中国新进 . 8 三、电力电子：GaN 推动快充、汽车电子进入小体积、高效率时代 . 10 3.1 GaN 在汽车电子上拥有多样的应用场景 . 10 3.2 GaN 可为下一代充电器市场提供更优选择 . 11 3.3 GaN 电源市场到 2024 年约 3.5 亿美元，CAGR 达 85 . 12 3.4 Infineon 和 Transphorm 是功率 GaN 专利领域的领导者 . 13 四、光电子：GaN 低功耗、高发光效率为 LED、紫外激光器助力 . 15

8、 4.1 GaN 是蓝光 LED 的基础材料，在 Micro LED、紫外激光器中有重要应用 . 15 4.2 GaN 光电子市场成长快速，市场规模增量可期 . 17 五、重要 GaN 企业及产业链梳理 . 18 5.1 CREE：全球最大的 SiC 和 GaN 器件制造商 . 18 5.2 Infineon：世界领先的半导体与系统解决方案提供商 . 19 5.3 住友电工：全球 GaN 射频器件第一大供应商 . 20 5.4 Navitas：世界领先的 GaN 功率 ICGaNFast 技术的创造者 . 21 5.5 三安光电：全面布局 GaN 射频、功率器件、光电的国产龙头 . 21 5.

9、6 海威华芯：中国纯晶圆代工（Foundry）厂商的新生力量 . 22 5.7 全球 GaN 产业链七大版块及代表厂商一览 . 23 六、投资建议 . 27 qRsNrRmQrMoQnPpOpQvMoRbR9R7NoMpPnPmMfQrRmOeRoPzQ8OrRyQwMnRnQNZpPsN 行业深度研究报告 电子电子 请参阅最后一页的重要声明 图目录图目录 图 1：GaN 晶体结构 . 2 图 2：GaN 的下游应用 . 2 图 3：5G 时代 GaN 的应用场景 . 2 图 4：三代半导体工艺覆盖情况. 3 图 5：不同尺寸无线电最合适的技术 . 3 图 6：4G LTE 远程无线电前端架构

10、(a)与包含 192 个天线单元的 mMIMO 无线电前端（b） . 4 图 7：典型的 mMIMO 无线电设备功能模块图 . 4 图 8：GaN 赋能 5G 单片前端解决方案 . 5 图 9：高功率放大器技术的性能对比 . 5 图 10：GaN 在射频市场更关注高功率、高频率市场 . 6 图 11：GaN RF 器件市场规模预测 . 6 图 12：2018-2024 GaN RF 器件市场规模预测 . 7 图 13：Doherty PA 在 8dB 的效率 . 7 图 14：GaN 在基站中大量使用 . 7 图 15：GaN-on-SiC、GaN-on-Si、GaN-on-Diamond 发

11、展预测 . 7 图 16：GaN RF 玩家全球市场格局 . 8 图 17：GaN RF 市场重要玩家的专利实力 . 8 图 18：与 GaN-on-SiC 和 GaN-on-Si 有关的专利出版的时间演变 . 9 图 19：GaN MMIC 的专利领导者 . 9 图 20：电源开关的分类 . 10 图 21：GaN 在汽车电子中的应用 . 10 图 22：智能手机屏幕尺寸与电池容量 . 11 图 23：27w GaN 充电器 VS Apple30W 充电器 . 11 图 24：GaN 增加了功率和效率 . 11 图 25：Navitas 的 GaNFast 技术 . 12 图 26：长期 G

12、aN 功率市场演变 . 12 图 27：2018-2024 年，受大功率快充应用推动的功率 GaN 器件市场预测 . 13 图 28：GaN 行业格局演变，拥有大量市场机会 . 13 图 29：各领域主要专利受让人. 14 图 30：功率 GaN 的 IP 领导地位的演变（2015-2019） . 14 图 31：基于 GaN-on-Si 技术的 Micro LED. 16 图 32：紫外激光器照到复印纸上形成的蓝色光斑 . 16 图 33：GermFalcon 系统 . 16 图 34：Micro LED 产业链情况 . 17 图 35：CREE 营收持续减少，面临较大经营压力. 18 图

13、36：Infineon 2019 财年分产品收入情况 . 19 图 37：Infineon 2015-2019 财年营业收入情况 . 19 图 38：2017 年前十功率半导体器件企业市场占有率 . 19 图 39：Infineon 各业务市场地位 . 19 行业深度研究报告 电子电子 请参阅最后一页的重要声明 图 40：2018 年 Security IC 前五大厂商 . 19 图 41：2018 年汽车半导体前十大厂商（总规模：$37.7B） . 19 图 42：公司中期经营计划 . 20 图 43：住友电工 2014-2018 财年营业收入情况 . 20 图 44：Navitas 的 G

14、aN 功率 IC 效果图 . 21 图 45：三安光电 2014-2019 年 Q3 营业收入情况. 22 图 46：母公司海特高新 2015-2019 年 Q3 营业收入情况（亿元） . 23 图 47：海威华芯在产业链中的位置 . 23 表目录表目录 表 1：三代半导体材料概览 . 1 表 2：主要半导体材料的性质. 1 表 3：高功率射频技术对比 . 5 表 4：产生 LED 白光的几种方法及比较 . 15 表 5：CREE 主要业务概览 . 18 表 6：三安集成技术平台介绍. 22 表 7：硅衬底供应商 . 23 表 8：硅基 GaN 外延片供应商 . 24 表 9：功率 GaN 器

15、件代工厂（外延+器件制造） . 24 表 10：器件设计+GaN 外延制造 . 24 表 11：器件和外延设计 . 25 表 12：纯代工厂 . 25 表 13：IDM . 26 1 行业深度研究报告 HTTP:/RESEARCH.CSC.COM.CN 电子电子 请参阅最后一页的重要声明 一、一、第三代半导体第三代半导体 GaN：射频、电源、光电子广泛运用：射频、电源、光电子广泛运用 1.1 5G 时代，时代，第三代半导体优势明显第三代半导体优势明显 第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）元素半导体。它们在国际信息产业技术中的各类分立器件和 集成电路、电子信息网络工程等领域得到了极为广

16、泛的应用。 第二代半导体材料是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、磷化铟（InP），以及三 元化合物半导体材料，如铝砷化镓（GaAsAl）、磷砷化镓（GaAsP）等。还有一些固溶体半导体材料，如锗硅 （Ge-Si）、砷化镓-磷化镓（GaAs-GaP）等；玻璃半导体（又称非晶态半导体）材料，如非晶硅、玻璃态氧化物 半导体等；有机半导体材料，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。第二代半导体材料主要用于制作高速、高频、大功 率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。 第三代半导体材料主要是以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮

17、化铝（AlN）为 代表的宽禁带（禁带宽度 Eg2.3eV）的半导体材料。 表表 1：三代半导体材料概览：三代半导体材料概览 半导体半导体 类型类型 代表性材料代表性材料 第一代 元素半导体 硅（Si）、锗（Ge）等 第二代 普通化合物半导体 砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、磷化铟（InP）、铝砷化 镓（GaAsAl）、磷砷化镓（GaAsP）等 第三代 宽禁带半导体 碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等 资料来源：中国知网，中信建投证券研究发展部 宽禁带半导体是高温、高频、抗辐射及大功率器件的适合材料。宽禁带半导体是高温、高频、抗辐射及大功率器件的适合材料。与第一代和第二代半导体材料相比

18、，第三 代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗辐射 能力，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。从目前第三代半导体材料及器件的研究来看，较为成熟 的第三代半导体材料是 SiC 和 GaN，而 ZnO、金刚石、氮化铝等第三代半导体材料的研究尚属起步阶段。 表表 2：主要半导体材料的性质：主要半导体材料的性质 材质材质 Si GaAs GaN SiC 禁带结构禁带结构 间接带隙 直接带隙 间接带隙 直接带隙 禁带宽度（禁带宽度（eV） 1.1 1.4 3.4 3.3 击穿场强（击穿场强（kV/cm） 0.3 0.4 3.3 2.8 热导率（

19、热导率（W/cm K） 1.5 0.5 1.3 4.9 电子迁移率（电子迁移率（cm /Vs） 1350 8500 2000 1000 电子饱和漂移速率（电子饱和漂移速率（107cm/s） 1 1 2.7 2.2 介电常数介电常数 11.9 13.1 9 10.1 器件理论最高工作温度器件理论最高工作温度（）（） 175 350 800 600 资料来源：中国知网，中信建投证券研究发展部 2 行业深度研究报告 HTTP:/RESEARCH.CSC.COM.CN 电子电子 请参阅最后一页的重要声明 1.2 GaN 优势明显，优势明显，5G 时代拥有丰富的应用场景时代拥有丰富的应用场景 氮化镓（GaN）是极其稳定的化合物，又是坚硬和高熔点材料，熔点为 1700。GaN 具有高的电离度，在 三五族化合物中是最高的（0.5 或 0.43）。在大气压下，GaN 晶体一般是六方纤锌矿结构，因为其硬度大，所以 它又是一种良好的涂层保护材料。 GaN 具有出色的击穿能力、 更高的电子密度和电子速度以及更高的工作温度。 GaN 的能隙很宽，为 3.4eV，且具有低导通损耗、高电流密度等优势。 图图 1：GaN 晶体晶体结构结构 资料来源：