化合物半导体：行业风起云涌，大势所趋大有可为（中）

2.3

竞争格局：产业链各环节以海外厂商为主导

目前，GaAs产业链环节以欧美、日本和台湾厂商为主导。从GaAs外延片生产环节来看，根据Strategy Analytics数据，前四大GaAs外延片厂商为英国厂商IQE、台湾地区厂商全新光电、日本厂商住友化学与台系厂商英特磊，分别占市场的54%、25%、13%、6%，CR4高达98%。在GaAs晶圆制造环节，台系代工厂稳懋一家独大，占据了GaAs晶圆代工市场的71%份额，其次为台湾地区的宏捷（9%）与美国的GCS（8%）。

从竞争格局来看，GaAs器件市场参与者较多，多为美国、日本与台系厂商，其中美国厂商占据前三地位，Skyworks以30.7%的市占率成为行业领导者，其次为Qorvo（28%）与Avago（7.4%）。中国企业起步晚，在产业链中话语权较弱。

从全球GaAs晶圆代工角度看，据Strategy Analytics数据，全球GaAs器件市场主要参与者中，美国企业占全球市场份额的75%，占有明显优势。从GaAs晶圆代工格局来看，台系厂商稳懋占龙头地位，市场份额达72.7%，GCS以约8.4%的市占率居于第二。

2.3.1、 稳懋：全球GaAs无线通讯领导者

稳懋半导体成立于1999年，位于台湾林口华亚科技园区，是全球首座以六英寸晶圆生产GaAs微波集成电路的专业晶圆代工服务公司。稳懋拥有完整的技术团队及最先进的GaAs微波电晶体及积体电路制造技术及生产设备，客户群包括全球射频积体电路设计公司，并致力吸引与全球IDM大厂合作。

在制程技术发展方面，稳懋以多元化及领先为原则，期望能提供客户最完整的服务。在无线宽频通讯的微波高科技领域中，稳懋目前提供两大类GaAs电晶体制程技术：HBT和pHEMT二者均为最尖端的制程技术。在光通讯及3D感测领域中，稳懋更以MMIC生产技术为基础，提供光电产品的开发与生产制造。

2016-2020年，稳懋营业收入从136.23亿新台币增长至256.12亿新台币，CAGR为17.10%，净利润从31.13亿新台币增长至65.29亿新台币，CAGR为20.34%。稳懋毛利率近5年始终维持在30%以上，2020年净利率25.3%，创下五年新高。

3、GaN：高频性能优越，成为5G器件关键材料

3.1

半导体材料研究热点，GaN射频器件应用前景明朗

氮化镓（GaN）是由氮和镓组成的一种半导体材料，因为其禁带宽度大于2.2eV，故被称为宽禁带半导体材料。GaN材料作为微波功率晶体管的优良材料与蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体，是目前全球半导体研究的前沿和热点。与传统半导体材料硅相比，由于GaN禁带宽度是硅的3-4倍、热导率是硅的2倍，使得GaN器件可在300℃以上的高温下工作，能够承载更高的能量密度，可靠性更高；其击穿场强比硅高10倍，使得器件导通电阻减少，有利于提升器件整体的能效；饱和电子迁移速度是硅的2-4倍，因此允许器件更高速地工作。GaN器件在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

GaN外延片可分为同质外延片与异质外延片。在GaN单晶衬底上生长的GaN为同质外延片，以GaN单晶材料作为衬底可以大大提高外延膜的晶体质量，降低错位密度，提高器件工作寿命。但由于GaN材料硬度高，熔点高，衬底制作难度高，位错缺陷密度较高导致良率低，技术进步缓慢。因此GaN晶圆的成本仍然居高不下，GaN厚膜衬底的应用受到限制。除了同质外延片外，GaN还可以生长在其他衬底材料上，称之为异质外延片。目前常用的衬底材料包括蓝宝石、SiC、硅与金刚石。其中蓝宝石GaN只能用来做LED；硅基GaN（GaN on Si）可以做功率器件和小功率的射频器件；碳化硅基GaN（GaN on SiC）可以制造大功率LED、功率器件和大功率射频芯片。GaN on SiC和 GaN on Si是未来的主流技术方向。

GaN器件产业链各环节依次为：衬底、材料外延、器件设计与制造及下游应用。目前产业以IDM企业为主，但是设计与制造环节已经开始出现分工。在上游衬底方面，GaN衬底大部分由日本公司生产，包括住友电工、三菱化学等。其中，住友电工的市场份额已经超过90%。GaN外延片相关企业主要有比利时的EpiGaN、英国的IQE、日本的NTT-AT。GaN器件设计厂商方面，美国的EPC、MACOM、Transphom，德国的Dialog等为主要参与者。IDM 企业中日本的住友电工与美国的Cree为行业龙头，市场占有率均超过30%。

亚太地区占据了全球GaN衬底市场的主要份额。2019年亚太地区占全球GaN衬底市场的36.34%。由于GaN终端应用日益普及，Transparency MarketResearch预计，2019至2027年亚太地区将继续占据主导地位。除亚太地区外，北美与欧洲地区也成为GaN衬底的重要市场，2019年分别占有28.18%、23.94%的市场份额，GaN在汽车行业中应用为北美与欧洲两个地区的GaN市场提供了巨大的机遇。

在应用领域方面，目前GaN主要应用于射频器件和电力电子器件的制造。2019年，射频GaN的市场规模占GaN器件整体规模的比重达91%，电力电子GaN市场规模仅占9%。2019年国内GaN产业实现高速增长。据CASA初步统计，2019年国内GaN微波射频产值规模近38亿元，同比增长74%。未来随着5G商用的扩大，现行厂商将进一步由原先的4G设备更新至5G。5G基站的布建密度高于4G，而基站内部使用的材料多为GaN材料，赛迪顾问预计，到2022年国内GaN衬底市场规模将达到5.67亿元。

3.2

5G射频与基站持续渗透，GaN在快充领域大放光彩

GaN作为第三代半导体材料，有更高的禁带宽度，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系，下游应用包括微波射频器件（通信基站等），电力电子器件（电源等），光电器件（LED照明、激光等），其中光电器件仍是GaN的主要应用方向。目前GaN器件多应用于军工电子，如军事通讯、电子干扰、雷达等领域；在民用领域，GaN主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。据YoleDevelopment数据，2019年全球GaN功率器件市场规模为1996.4万美元，预计GaN市场将在2025年达到6.8亿美元以上，CAGR高达80.04%。随着5G时代的到来，5G基站与数据中心的建设将大幅度带动GaN射频与功率器件市场，GaN在快充等电源控制方面的应用也成为的新的需求增长点。

3.2.1、 终端射频：5G时代射频器件要求提高，GaN器件优势凸显

5G终端蓄势待发，大用量规模与技术创新为射频前端带来红利。2020年，5G已经进入商用部署的快车道。IDC预计2020年，中国5G连接终端用户将超过2亿，VR/AR等虚拟现实市场也将在未来三年呈现爆发增长的态势。Qorvo表示在未来10年内，5G终端将会成为手机产业中发展最快的部分。5G需要满足行业海量物联网设备的通信需求。在人与人的连接场景之外，连接技术与行业数字化场景的融合也将成为5G通信发展的新机遇。IDC预测，到2024年全球物联网的联接量将接近650亿，是手机联接量的11.4倍，以5G为代表的蜂窝物联网技术将发挥重要作用。

5G时代GaN射频市场占比进一步上升，未来将不断占领LDMOS市场空间。5G时代高速增长的数据流量使得调制解调难度不断增加，需要的频段越来越多，对射频前端器件的性能要求也越来越高。目前在射频前端应用中，硅基LDMOS器件和GaAs仍是主流器件。通常来说，LDMOS适用于3.5GHz以下的应用，GaAs适用于40GHz以下的场景，但器件尺寸较大。GaN在高频环境下能够保持高功率输出，可以有效减少晶体管的数量，从而缩小器件尺寸。从电压角度来看，LDMOS的工作电压约为6V，GaAs为10V，GaN可以工作于28V或更高的电压，工作性能优于LDMOS与GaAs，潜在市场空间巨大。据YoleDevelopment数据，2015年射频功率放大器市场中，LDMOS市场有率为第一，占比约为50%，GaN射频器件约占20%，预计到2025年，GaN射频器件将以55%的占有率取代LDMOS第一的市场地位，LDMOS市场占有率则下降至11.8%。GaN发展势头良好，5G时代中GaN射频器件的市场占比将进一步上升。

3.2.2、 5G基站+数据中心：“新基建”重要组成部分，GaN应用前景明朗

5G基站射频系统非常复杂，GaN器件的小尺寸、高效率和大功率密度等特点可实现高集化的解决方案。5G射频系统需要使用高载波频率和宽频带的新技术，包括载波聚合、Massive MIMO等，GaN在性能、体积、重量以及效率等方面具备独特优势，使其成为高射频、大功耗应用的技术首选。以Qorvo的MIMO天线为例，与锗化硅基MIMO天线相比，GaN基MIMO天线功耗降低了40%，裸片面积减少94%，成本降低80%。据Qorvo数据显示，2022年全球用于Sub-6GHz频段的M-MIMO PA器件年复合增长率将达到135%，用于5G毫米波频段的射频前端模块年复合增长率将达到119%。

通信基站应用领域中，GaN是未来最具增长潜质的第三代半导体材料之一。5G基站是“新基建”重要组成部分之一，根据工信部的数据，截至2020年底国内已建成全球最大5G网络，累计建成5G基站71.8万个，推动共建共享5G基站33万个。宏基站建设将会拉动基站端GaN射频器件的需求量。由于5G基站天线采用Massive MIMO技术，天线和RRU（射频拉远单元）合设，组成AAU。假设Massive MIMO天线为64T64R，则单个宏基站天线数量为192个，放大器数量为192个。考虑到5G基站的建设周期，拓墣产业研究院预计到2023年基站端GaN射频器件规模达到顶峰，达到112.6亿元。

5G小基站布局带动GaN射频器件规模增大。5G的高传输速度和广覆盖将需要搭建更多更复杂的基站，大量的毫米波微基站、Sub-6GHz微基站对于GaN器件的需求也将大幅提升。由于小基站不能对宏基站造成干扰，故频率较宏基站更高，GaN射频器件成为不二之选。据赛迪智库测算数据，中国5G网络小基站需求约为宏基站的2倍，即需要1000万站小基站。按照每个小基站需要2个放大器，小基站建设进度落后宏基站1年测算，拓墣产业研究院预计，到2024年基站端GaN射频器件规模达到峰值，市场规模可达9.4亿元。

数据中心电源效率要求提升，GaN的市场前景明朗。随着网络、云计算的发展，新物联网设备和边缘计算需求的激增，数据中心重要程度逐渐凸显。受新冠疫情影响，Gartner调查显示，2020年数据中心基础设施支出同比下降了10.3%，约60%的新数据中心设施建设受阻。但疫情导致的远程工作比例提高，实际上数据中心处理的数据量有大幅增长，能源效率与功率、数据密度的需求持续提升。GaN技术使得电源体积进一步缩小，从而允许在同一机架空间中添加更多的存储和内存，并使数据中心的功率密度由30瓦/立方英寸提升至50-60瓦/立方英寸甚至更高，即无需实际构建更多的数据中心即可增加数据中心的容量。2023年欧盟将提高对数据中心电源效率的要求，将进一步促进GaN在数据中心中的使用。Gartner预计2021年全球最终用户数据中心基础设施支出将以6%的增速达到2000亿美元。

3.2.3、 消费电子：GaN快充市场迎来爆发期，音频应用为新亮点

GaN电源市场成长动力十足。随着多端口适配器的兴起，OEM厂商将推出更多GaN充电器。凭借设备设计、性能等要求的提高，GaN充电器满足了便携、快充等不断发展的客户需求，并逐渐转变为主流标准。从技术角度分析，采用GaN技术的充电器外形尺寸可比传统的基于硅的充电器减少30-50%，整体系统效率可提升至95%，在相同尺寸和相同输出功率的情况下，充电器外壳温度将比传统充电器更低。此外，GaN充电器可以使用较小的变压器和较小的机械散热器，因此整体重量可减少15-30%。Yole Development预测，2019年GaN电源目标市场约为9000万美元，2021年将达到1.6亿美元，而在2022年将增长到2.4亿美元。2020年美国CES展会中，参展的GaN充电器数量已经多达66款，涵盖了18W、30W、65W、100W等多个功率段，GaN充电器市场迎来爆发期。

音频设备为GaN器件应用新亮点。音频是一个拥有众多细分市场的庞大的市场，从专业音响，家庭音响到便携音响的所有细分市场中，高质量音频均为首要评判标准。引入GaN D类放大器的音频系统能在不需要牺牲声音质量的前提下，以更小更轻的设计提供更多的功率和更多的通道，满足消费者市场对出色音质的追求。2020年，GaN System发布了一款为高音质12V音频系统开发的参考设计，该参考设计有两个通道，每通道（8欧姆负载）Class-D音频放大器支持200瓦功率，允许12V电源升压到18V给音频系统供电，并支持+-32V输出。GaN器件使用，在保证音质的前提下，将这款400瓦音频产品的成本和功率输出能力上做到了很好的平衡。SemiconductorDigest认为，到2021年底，音频市场会有更多品牌配备GaN音频放大器和配套电源，对高质量音频的需求正在推动D类音频放大器市场的增长。BCC Research数据显示，全球D类音频放大器市场将从2020年的24亿美元增长到2025年的35亿美元，2020-2025年CAGR为7.7%。

3.3

竞争格局：美国、欧洲、日本三足鼎立

GaN下游应用行业拥有大量的市场参与者。这些公司包括恩智浦、英飞凌、GaN System、Efficient Power、Qorvo、Cree等。全球GaN市场的主要参与者通过在销售、市场和技术方面的密切合作显示出协同效应。GaN衬底供应商也通过与同行以及各种研究机构建立战略联盟来扩大规模，以建立自己在全球市场的参与者地位。意法半导体在2018年与CEA-Leti展开功率GaN合作，主要涉及常关型氮化镓HEMT和氮化镓二极管设计及研发，并于2020年3月收购法国GaN创新企业Exagan公司的多数股权；2018年，Cree收购了英飞凌的RF部门成为了全球最大的GaN射频器件供应商；国内企业闻泰科技2019年以268亿元成功收购行业内唯一量产交付客户GaN FET产品的化合物功率半导体公司安世半导体，成为国内首家世界级IDM半导体公司。

3.3.1、 住友电工：全球GaN射频器件IDM龙头厂商

住友电工集团是世界上最著名的通信厂商之一，其光纤光缆产销量多年来名列世界前列。集团总部位于日本大阪，于1897年成立，在全球约40个国家拥有大约28万名员工。住友电工自成立以来，一直以电线、电缆的制造技术为基础，通过独创性的研究开发和对新事业的不懈挑战，不断创造新产品和新技术，扩大事业领域。目前，通过汽车、信息通信、电子、环境能源、产业原材料这五大事业领域，在全球范围内开展事业。

住友电工历史悠久，公司技术研发紧跟时代发展。早在2000年，着眼于GaN潜力的公司的技术团队开始着手开发“GaN HEMT”，并于2005年实现样品顺利出货，2006年开始量产，2007年该商品被采用于日本国内3G基站。SEDI在全世界范围内率先实现了“GaN HEMT”的产品化，并且全力推进低成本化，从而推动了GaN HEMT在全世界范围内的广泛应用。

2017-2021财年，住友电工营业收入与净利润相对稳定，2021年公司营业收入为29185.80亿日元，净利润为563.44亿日，同比均小幅滑落。住友电工毛利率稳定，近5年始终维持在18%左右，2021年净利率为2.36%。

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