电子设备仪器和元件行业国内化合物半导体产业有望弯道超车

电子设备仪器和元件行业国内化合物半导体产业有望弯道超车1/37研究报告电子设备、仪器和元件行业2015421行业研究深度报告国内化合物半导体产业有望弯道超车评级看好维持分析师高小强862168751090GAOXQ1CJSC4CN执业证书编号S0490513070002联系人莫文宇862765799824MOWYCJSCCN执业证书编号S0490514090001联系人行业内重点公司推荐公司代码公司名称投资评级600703三安光电推荐市场表现对比图（近12个月）240244872961202014/42014/72014/102015/1电子设备、仪器和元件沪深300资料来源WIND相关研究电子周报0419解析乐视超级手机与华为P82015419电子周报0412三月台企数据稳中有升，IC产业领跑2015412电子3月报业绩为王，电子板块值得超配201545报告要点GAAS半导体器件电子器件和光电器件的中流砥柱GAAS作为第二代半导体材料，主要应用于电子器件和光电器件的生产。在电子器件中，GAAS主要用于无线通信、光通信、工业电子、军事电子等行业中的功率放大、转换等器件；在光电器件中则是LED和激光的基础材料。目前，GAAS半导体材料已经成为弱电控制和强电运行之间、信息科技与先进制造技术之间、传统产业实现自动化、智能化改造所不可缺少的桥梁。材料革新宽禁带GAN材料创造广阔未来由于耐压值和导通电压之间的反向关系，目前对SI材料和GAAS材料的开发已经达到了极限，越来越不能满足目前对半导体器件性能的需求，所以新型材质的半导体器件的产生显得尤为迫切。GAN作为第三代半导体材料，其宽禁带的特性决定了GAN半导体材料可以实现高耐压、低导通电阻、更高工作频率,相比于传统的半导体材料具备更为强大的功能且更为高效节能、更容易小型化，必然是未来半导体器件的发展方向。“光”与“电”电子器件和光电器件拉动GAAS/GAN器件需求GAAS/GAN半导体器件已经广泛应用于通信、电子、工业、交通、军工等各个方面。受益于这些行业的产业规模扩大及智能化、电气化升级，预计未来应用及市场将进一步扩容，前景非常巨大。优势点突破，国内企业有望弯道超车由于现有核心部件的高技术壁垒，目前产业格局由国外厂商主导。我国企业的产品目前还都处于低端状态。在未来，基于国防安全和信息安全两方面的考虑，国家大力支持集成电路等基础电子产业的发展，功率器件有望在国家的支持下，取得技术和工艺等方面的突破，成为自主产业，我国企业有望在此机遇下迎来弯道超车的机机会。推荐标的三安光电集成电路业务为三安光电未来增长打开了天花板，整个产业规模有望进一步提升。同时公司已经完成了员工持股计划的购买，员工积极性高涨，随着LED产业持续贡献业绩增量，集成电路业务在未来一两年军工、节能领域客户不断导入的基础上，公司业绩有望持续高增长，未来公司有望实现40以上的年化成长性。因此我们预计公司20142016年EPS为061、085、112元。2/37行业研究深度报告目录前言6上篇半导体材料GAAS中流砥柱，GAN蓄势待发8半导体器件向新材料延伸8GAAS半导体器件行业的中流砥柱9GAAS半导体应用广泛9GAAS半导体在电子器件中的应用10GAAS半导体在光电器件中的应用12GAAS半导体应用市场巨大12GAAS半导体在电子器件中的市场前景12GAAS半导体在光电器件中的市场前景14GAN半导体器件宽禁带，宽未来15GAN半导体性能出众16GAN半导体应用将更加广泛16GAN半导体在电子器件中的应用16GAN半导体在光电器件中的应用18GAN半导体市场潜力巨大，蓄势待发19GAN半导体在电子器件中的市场19GAN半导体在光电器件中的市场22下篇重点突破，国内企业有望弯道超车24半导体器件国内外差距巨大24GAAS/GAN电子器件24功率半导体节能产业的核心24微波半导体射频产业的核心27国内厂商乏力，仍有很大提升空间29GAAS/GAN光电器件29LED行业竞争能力有待提高29激光行业自主创新是出路30重点推荐三安光电，集成电路业务打开增长空间31GAAS/GAN半导体器件异军突起31依托LED照明保障有力31国家政策和技术引导双层支持32研发投入大，技术领先优势明显323/37行业研究深度报告军用先行，民用跟进需求确定32半导体器件业务拓展公司产品线32年报业绩高增长，化合物半导体全球龙头可期32增发项目孕育新产业32业绩预期可期待，估值有保障，持续推荐334/37行业研究深度报告图表目录图1本文逻辑6图2GAAS材料的使用范围9图3汽车自动防撞系统11图4美军海上X波段雷达12图5X波段雷达用GAASPHEMT半导体器件12图6全球智能手机出货量13图7全球无线基础设施GAAS半导体市场13图8全球光通信设备市场及元器件市场规模14图9全球主要市场汽车销量（万台）14图10全球GAAS基板总产值15图11全球激光器销售收入15图12GAN器件发展时间表16图13功率半导体器件的应用范围17图14未来GAN功率器件发展预测17图15GAN功率器件市场预测17图16蓝光GANLED二极管18图17OSRAM垂直结构的GAN基LED18图18GAN系列蓝紫激光管构造19图19小型化的GAN基蓝光激光器19图20GAN半导体器件市场预测19图21全国4G基站建设投资规模20图22输变电市场传输系统大功率器件市场容量及其增长率20图23发电市场电机驱动大功率器件市场容量及其增长率20图24全国铁路固定投资规模及其增长率21图25轨道交通市场大功率器件市场容量及其增长率21图26全球新能源汽车出货量预测及其渗透率辆21图27汽车电子领域大功率器件市场容量及其增长率21图28GAN基LED市场销售收入22图29全球半导体激光器市场23图30全球半导体设备市场各国贡献率24图312012年IGBT芯片前十名市场份额25图32GAAS器件制造商市场份额27图33全球前10大LED厂商29图34全球激光市场分布30图35三安光电营收增长情况万元34图36三安光电净利润增长情况万元34图37三安光电季度营收增长情况万元34图38三安光电季度净利润增长情况万元34图39三安光电季度营毛利率情况34图40三安光电季度费用率情况34请阅读最后评级说明和重要声明5/37行业研究深度报告表1三代主要半导体材料物理性质和应用情况的比较8表2采用GAAS材料制作的基本元器件9表3采用GAASPA的基站和LDMOSPA基站对比10表420072012年全球主要国家大功率半导体市场规模（亿美元）20表5世界军用航空器数据统计22表6英飞凌功率器件产业布局25表7CREE功率器件产业布局26表8ROHM功率器件产业布局27表9RFMD微波器件产业布局27表10SKYWORKS微波器件产业布局28表11TRIQUINT微波器件产业布局29表12CREE与三安光电产业布局对比31表13三安光电增发项目情况33行业重点上市公司估值指标与评级变化35请阅读最后评级说明和重要声明6/37行业研究深度报告前言第一代半导体是“元素半导体”，典型如硅基和锗基半导体。其中以硅基半导体技术较成熟，目前应用也最为广泛。第二代以砷化镓（GAAS）化合物半导体技术为代表，已成为无线通信、光电通信等应用领域的主流。第三代半导体（也叫宽禁带化合物半导体）以氮化镓（GAN）和碳化硅（SIC）材料为代表，目前已成为国际上研究的热点，是未来大功率固态微波器件以及绿色能源发展最优选择。在国家大力投入集成电路产业的大背景下，4G、智能电网、新能源汽车、新型轨道交通、LED等产业技术迎来发展高潮。作为上游和基础的半导体电子器件行业，存在着巨大的发展机遇。本报告以半导体材料为基点，详细论述了GAAS/GAN半导体材料的现状与未来的投资机会。构架上，我们首先陈述了半导体材料整体发展的现状，详细解释了以GAAS、GAN半导体材料的应用及现在市场状况，以为“上篇”；随后，我们分别分析了以以GAAS为代表的第二代半导体材料的市场空间和GAN为代表的第三代宽禁带半导体的未来市场潜力，并发展市场中陈述我国企业的不足，并以此为基点挖掘我国企业存在的机遇，以为“下篇”。本文投资逻辑框架图如下图1本文逻辑资料来源长江证券研究部基于以上逻辑，我们认为，在电子器件和光电器件两个行业的带动下，GAAS/GAN半导体器件市场前景非常可观，未来应用将会更广泛。增长的驱动力在于两个方面。首先，原有市场容量在不断的扩大，带动了原有半导体器件的稳步增长；其次，在性能提高、节能环保等诉求越来越强烈的情况下，新型半导体器件应用的比例将会逐步增加。在双动力的驱动下，GAAS/GAN半导体器件市场容量扩增是确定性事件。由于现有核心部件的高技术壁垒，目前产业格局由国外厂商主导。我国企业的产品目前还都处于产业链低端。在未来，基于国防安全和信息安全两方面的考虑，国家大力支持请阅读最后评级说明和重要声明7/37行业研究深度报告集成电路等基础电子产业的发展，GAAS/GAN器件有望在国家的支持下，取得技术和工艺等方面的突破，逐步完成进口替代，我国企业有望在此机遇下迎来弯道超车的机机会。我们重点推荐GAAS/GAN半导体器件新进入者三安光电。公司已经与成都亚光、厦门中航投资合资成立厦门三安集成电路公司。三安集成将集中力量使用GAAS/GAN新型材料进行微波器件、功率器件等产品的研发，从而布局军事及节能领域的应用。公司业绩增长持续性强，且估值低，具有显著的投资价值。请阅读最后评级说明和重要声明8/37行业研究深度报告上篇半导体材料GAAS中流砥柱，GAN蓄势待发以SI为代表的第一代半导体材料的发现，使得集成电路在电子领域取得突破性的成就，目前我们生活中的各种电器及智能设备都和SI的出现息息相关。而以GAAS为代表的第二代半导体，一直主导手机功率放大器（PA）市场，带动了无线通信、多媒体等技术的飞速发展，同时还可以用来生产红黄光发光二极管、激光器等光信息处理元器件。第三代半导体宽禁带半导体（以GAN、SIC为主）早在20世纪50年代就已经被发现并研究，但是由于工艺的限制，材料生产和晶片的加工一直难以解决，直到最近一二十年，宽禁带半导体的研究和应用才得到了真正的发展，产业规模不断壮大。半导体器件向新材料延伸在半导体产业中，一般将硅（SI）、锗（GE）称为第一代半导体材料，砷化镓（GAAS）、磷化稼（GAP）、砷化铝（ALAS）等合金成为第二代半导体材料，而将宽禁带的氮化镓（GAN）、碳化硅（SIC）、硒化锌（ZNSE）等称为第三代半导体材料。主要半导体材料的物理特性对比。表1三代主要半导体材料物理性质和应用情况的比较材料硅（SI）砷化镓（GAAS）氮化镓（GAN）应用优势物理性质禁带宽度（EV）111434禁带宽度直接影响器件的耐压性质和最高工作温度，宽禁带材料拥有更高的耐压性质和更高的工作温度饱和速率（107CM/S）102127饱和速率代表器件的工作频率，高饱和速率材料更适合在高频下工作热导（W/CK）130620热导反应了物质的热传导能力，高热导材料适合在更高的温度下工作击穿电压（M/CM）0350450击穿电压代表了器件的极限电压，高击穿电压代表材料适合高压工作电子迁移率（CM2/VS子迁移率代表了固定电压下电流的通过能力，高电子迁移率的材料可以拥有更大的电流化学稳定性好好好化学稳定性表示物质在化学因素下保持原有状态的能力，化学稳定性好的材料适合在各种酸、碱性条件下工作，使用寿命更长抗辐射能力好好好器件的工作环境存在各种各样的电磁辐射，抗辐射能力好的材料工作状态更稳定，能够应用在各种复杂的电磁环境下应用情况光学应用没有红外线蓝色/紫外线高频性能差好好请阅读最后评级说明和重要声明9/37行业研究深度报告高温性能好差好发展阶段成熟发展开始制造成本低高高资料来源互联网，长江证券研究部我们可以看到，硅材料热性能与机械能行优良、易于生产大尺寸高纯度晶体等优点，且硅材料储量丰富，价格低廉。所以硅材料仍是电子信息产业最基础的材料，95以上的半导体器件和99以上的集成电路采用的是硅材料。但是由于硅材料的物理特性有限，其在高频、高功率器件上的应用就显得捉襟见肘。相对而言，砷化镓材料的电子迁移率是硅材料的6倍多，用砷化镓制作的器件，主要具有高频、高速和光电性能，主要用于通信产业。而第三代的材料氮化镓属于宽禁带半导体材料，以其宽禁带、高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移率、化性能稳定好等性质和强的抗辐照能力，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。GAAS半导体器件行业的中流砥柱GAAS作为第二代半导体材料，相对于第一代的SI材料相比，它的电子迁移率为SI的6倍。其较高电子迁移率、较宽的禁带、较低的功耗等特性，决定了它的广泛用途及广阔的市场。图2GAAS材料的使用范围资料来源互联网、长江证券研究部GAAS半导体应用广泛GAAS主要适用于高频及无线通信领域中的IC器件。由GAAS制出的高频、耐高温、防辐射的器件已经被应用在无线通信、光通信、激光器等领域。此外，由于GAAS的光电特性，GAAS通常也是制作光电元器件的基本材料。所以我们在其应用主要从电子器件和光电器件两个方面来介绍。表2采用GAAS材料制作的基本元器件分类主要器件用途应用领域电子器件微波二极管信号接收、处理、发射等超高速计算机、无线通信等信息产业微波晶体管HFET、请阅读最后评级说明和重要声明10/37行业研究深度报告HBT、PHEMT等集成电路MMIC、MIMIC、VHSIC等光电器件发光二极管不要外置的旁路电容等家电、电子机械、广告、通信、激光打印等产业激光二极管激光器的制作光探测器光通信高效太阳能电池光电能转换电磁器件霍尔元件磁传感器无线通信、汽车电子等产业资料来源互联网、长江证券研究部GAAS半导体在电子器件中的应用1无线通信中的GAAS半导体应用无线通信中的GAAS主要用于MMIC（单片微波集成电路）中的PA（功率放大器）和LNA（低噪声放大器）。而无线通信可以分为终端通信和基站通信对于手机等终端来说，GAAS主要用于GAASHBT等元器件；对于移动基站来说，GAAS主要应用有GAASMESFET、GAASPHMET等。以手机为例，手机中最为耗电的两个器件就是基带处理器和射频前段。其中PA作为功率放大装置，消耗了射频系统大部分的能量，在当前手机越来越薄的趋势下，如何尽可能的降低手机功耗，增加待机时间，是各大厂商需要权衡解决的问题。对于现在主流的做法是INGAP工艺。INGAPHBT以GAAS为衬底，实现PA的低功耗和高效率，且适宜在高频下使用。采用GAAS做底层原料主要在于两个方面的优势（1）GAAS电子迁移率高出CMOS衬底SI材料约6，对于工作频率更高的3G、4G乃至未来的5G网络，GAAS更为合适；（2）GAAS衬底是半绝缘的，半绝缘行可以使得IC有更好的信号绝缘效果，可以采用功耗更低的无源器件。目前，单部4G智能手机仅达到标准的通信效果，就至少需要5颗以上的砷化镓/氮化镓功率放大器，此外智能手机中的卫星定位功能也需要用到1颗功率放大器，4G智能手机支持的无线局域网通信（WLAN）也需要至少1颗功率放大器。90以上手机PA都采用的是GAAS技术，只有一小部分采用了CMOS工艺，对于高性能PA所要求的高频率和高功率，GAAS仍然是主要技术。2G时代手机仅仅需要2颗PA，一般的4G手机因LTE频段的碎片化，需要4颗PA芯片。而据IFIXIT拆解最新的IPHONE6手机来看，因为采取了全网通，发现了5颗PA芯片。粗略估计，2014年度国内4G智能手机耗用的砷化镓/氮化镓功率放大器超过12亿颗。而我国智能手机用砷化镓/氮化镓芯片90以上依赖进口，特别是4G智能手机所用的芯片几乎全部依赖进口，因此实现PA芯片的国产化具有重要的意义。基站方面，目前大部分基站使用LDMOSPA，但是随着对信号传输穿透能力、覆盖范围及数据传输速率等要求越来越高，LDMOSPA性能已经落后于GAASPA。未来GAAS半导体将会成为3G、4G基站的主流。表3采用GAASPA的基站和LDMOSPA基站对比请阅读最后评级说明和重要声明11/37行业研究深度报告性质GAASPALDMOSPA工作范围高带宽、高功率、高效率，适合未来通信网络处理能力趋于极限，不适用于未来高速无线网络设备能耗较低，不需要专门的冷却设备高，占据基站50以上的功耗，且需要配套的冷却设备工作效率5725外置电路不要外置的旁路电容等需要校正电路等外置电路设备体积小，有利于安装和维护大，占用更多的资源，且不利于安装和维护资料来源长江证券研究部2光通信中的GAAS半导体应用为了区别后文中GAAS半导体在光电行业中的应用，在本节中我们重点阐述了GAAS在光通信领域中电子器件的应用，在光纤通信中，光通信收发系统均采用了GAAS超高速组专用电路。激光驱动电路、MUX、DEMUX、跨阻放大器、限谱放大器等均采用了GAAS材料。3工业电子中的GAAS半导体应用GAAS材料的禁带宽度仅为14，击穿电场SI材料的15倍，导致GAAS材料功率半导体等只能应用于600V以下行业，远不能满足电力电子技术，所以GAAS材料在功率半导体节能行业应用相对GAN较少。工业电子中GAAS半导体材料应用主要来自于汽车电子。根据研究显示，如果能提前预警05S，那么车辆追尾几率就能减少60，如果提高到1S，则能大幅度减少90。所以各国汽车厂商都在大幅度发展“汽车防撞雷达系统”，现行的所有雷达中，只有GAAS半导体材料制作的毫米波雷达能够不受外界天气影响，具有极高的可靠度。图3汽车自动防撞系统请阅读最后评级说明和重要声明12/37行业研究深度报告资料来源互联网、长江证券研究部4军事电子中的GAAS半导体应用军事电子是GAAS材料需求的传统领域。GAAS的早期发展是由于军事电子的需要。近年来，随着移动通信技术的发展，民用电子的GAAS需求量已经远远超过军用电子需求量，但是军用电子仍是一个非常重要的领域。且军用相对于民用来说，仍有很高的技术需求，很多GAAS器件首先应用于军用电子中，军用市场的价格承受能力也较民用市场更为强一些。目前军事电子领域采用GAAS主要有机载/舰载/固定GAASMMIC相控阵雷达、电子战用GAAS设备、导弹制导GAAS引信等。图4美军海上X波段雷达图5X波段雷达用GAASPHEMT半导体器件资料来源互联网，长江证券研究部资料来源互联网，长江证券研究部GAAS半导体在光电器件中的应用1LED行业中的GAAS半导体应用在LED中GAAS半通常是发光二极管等的基本半导体材料。在LED行业中，根据波长，通常将分为可见光LED与不可见光LED两类。可见光LED通常用于显示设备，如汽车灯、照明灯、显示LED板等；不可见光LED主要用于家电产品的遥控、工业自动检测、自动探测等。GAAS半通常用在制作LED组件中的单芯片。2激光行业中的GAAS半导体应用GAAS在激光领域中除去用作电子元器件，在光电领域则主要用于制作光纤通信的光源、指示器。在民用行业，GAAS主要用来制作激光切割、激光打印机、大屏幕彩色显示系统等；在军用中，应用则更加广泛激光制导、激光通信、激光雷达和激光武器等等。GAAS半导体应用市场巨大目前，GAAS半导体正在越来越多的被应用在更高价值、更高成长性的细分产品市场上，GAAS正在逐步侵蚀SI材料的市场。虽然目前半导体材料SI仍然是应用的主流，但是由于材料特性的有限性，导致SI材料也越来越受到限制，这样就给别的材料留出了很大的机会。GAAS作为第二代半导体材料，面临着巨大的市场空间。GAAS半导体在电子器件中的市场前景1无线通信中GAAS半导体的市场请阅读最后评级说明和重要声明13/37行业研究深度报告对于无线通信市场来说，GAAS材料的第一个需求来自于全球手机市场的稳步增长，特别是智能手机的出货量一直保持在高位。作为全球最大智能手机市场，中国去年智能手机出货量约为46亿部，占全球市场份额的35。我们预计，在未来5年直至2020年，中国智能手机出货量年平均涨幅将达到8。图6全球智能手机出货量资料来源IDC、长江证券研究部GAAS的另外一个可靠增长点在于无线通信基站PA上。由于输出功率大且可靠性高的原因，LDMOS仍然是通信基站PA的主流选择，但是伴随着国家对节能减排的布局，设备的功耗、效率将会是考量设备的一个重要方面。未来的基站将会向两个方向发展（1）基站功率越来越大，支持和处理不同制式和频率的信号，也就是所谓的宽带多模基站；（2）基站集成化程度越来越高，变得越来越小型化。我们预计，这两个方向支撑了基站用GAASPA的增长。中移动拟在2015年建设30万个4G基站，投资规模超400亿元，中国联通和中国电信在2015年2月27日拿到FDDLTE牌照，预计2015年将掀起建设4G基站的高潮。作为基站重要组成部分的功率放大器，将迎来需求高潮，GAAS半导体将受益。图7全球无线基础设施GAAS半导体市场资料来源STRATEGYANALYTICS、长江证券研究部2光通信中GAAS半导体的市场请阅读最后评级说明和重要声明14/37行业研究深度报告受益于我国信息化建设，光通信行业迎来了极大的发展机遇。伴随着4G网络、FTTX光纤接入、智能电网、三网融合、“宽带中国”等郭襄信息化工程的推进，光通信将迎来爆炸式的发展，在光通信网络中，中国电信计划投入400亿用于基础设施的建设，GAAS半导体是光通信中必不可少的元器件，受益于此，光通信中的GAAS将持续增长。图8全球光通信设备市场及元器件市场规模资料来源SPCONSULTING、长江证券研究部3工业电子中GAAS半导体的市场中国市场，2013年汽车销量达到219841万台，增幅1385。2013年全球汽车销售量约8400万辆，同比增速35。根据德意志银行的预测，2014年全球汽车销售量会有4的增长，销量达到8740万辆。目前汽车雷达生产成本还比较高，只能配备在高端车型上，但是伴随着GAAS制造技术的进步，未来汽车雷达的应用必如今天的安全气囊一样。我们预计汽车电子将持续拉动GAAS半导体在工业电子中的应用需求。图9全球主要市场汽车销量（万台）2198411558118053763767324127805001000150020002500中国美国欧盟日本巴西印度俄罗斯201120122013资料来源盖世汽车网、长江证券研究部GAAS半导体在光电器件中的市场前景1LED行业中的GAAS半导体市场前景请阅读最后评级说明和重要声明15/37行业研究深度报告目前GAAS半导体的增长动力主要源于RF组件在移动通信领域渗透率的日益增长，但是伴随LED产业的逐渐整合完毕，LED产业将成为GAAS半导体的下一个驱动力。图10全球GAAS基板总产值资料来源STRATEGYANALYTICS、长江证券研究部2激光行业中的GAAS半导体市场前景由于GAAS材料所特有的光电效应，通常被用作制作激光器等器材。今年来无线通信4G网络等快速发展，作为主干网的以太网也得到前所未有的发展，激光器作为光纤通信的基本器件，也将受益；于此同时，从IPHONE6等终端的火热销售我们也可以看到，金属机壳将是未来终端器件的主流配备，激光作为切割新材料的首选技术，也将迎来飞速发展。基于此，我们判断在激光行业整体向上的环境下，GAAS半导体需求将会持续增加。图11全球激光器销售收入资料来源STRATEGIESUNLIMITED、长江证券研究部GAN半导体器件宽禁带，宽未来半导体产业是整个电子信息产业链中最关键的产业之一，它是集成芯片产业、LED产业、光伏产业等产业的基础性材料，对电子产业影响巨大。第一代半导体材料SI应用在单晶硅上和半导体晶体管的发明引发了第三次技术革命；而GAAS半导体器件的发明，促请阅读最后评级说明和重要声明16/37行业研究深度报告进了多种技术的迅速发展，是人类进入了信息时代。两代半导体分别给人类带来了科技上巨大的进步，作为第三代半导体材料的GAN，由于其是迄今为止理论上光电、电光转换效率最高的材料，可以制备成宽禁带、高功率、高效率的微电子、电力电子、光电等器件。半导体的未来属于GAN材料，GAN半导体的未来一片宽广。GAN半导体性能出众目前第三代半导体材料被称作宽禁带半导体。禁带宽度是一个半导体的重要特征参量，其大小决定了半导体的能带结构。禁带宽度直接决定了半导体器件的耐压和最高工作温度。宽禁带半导体器件可以实现高耐压、低导通电阻、更高工作频率,相比于传统的半导体材料具备更为强大的功能且更为高效节能，GAN/SIC功率器件在AC/DC、DC/DC、DC/AC电流转换中损耗大幅低于SI器件，未来可以大幅消减电力损耗的宽禁带半导体功率器件将广泛应用于光伏逆变器、节能电机、大型数据中心、电网、电动汽车领域,成为整个节能产业的核心。图12GAN器件发展时间表资料来源知网、长江证券研究部GAN半导体应用将更加广泛自多年前GAN被IEEE视为未来的一大趋势后，今年来GAN半导体立足于RF/微波领域，逐步向各个领域渗透。目前，GAN很少被看做是SI或者是GAAS的替代品，而是被广泛看好为一种可发挥巨大作用的新材料。GAN半导体在不断的开创新的应用领域，我们将从两个方面来讲述GAN半导体的可应用范围。GAN半导体在电子器件中的应用1无线通信中GAN半导体的应用3G已经已经是21世纪前10年的产物，如今在手机通信领域，4GLTE技术正进入越来越多人的生活中。在4G等新型通信技术下，对半导体器件也提出了更高的要求宽频带、高集成度、高性能、低功耗等。GAN作为第三代半导体材料，其性质决定了将更适合4G乃至未来5G等技术的应用。从现在的市场状况来看，GAAS仍然是手机终端PA和LNA等的主流，而LDMOS则处于基站RF的霸主地位。但是，伴随着SI材料和GAAS材料在性能上逐步达到极限，我们预计GAN半导体将会越来越多的应用在无线通信领域中。请阅读最后评级说明和重要声明17/37行业研究深度报告2工业电子中GAN半导体的应用相对于无线通信行业中GAN的起步阶段，GAN半导体在工业电子中，则早已萌发。由于其材料特性，通常被应用于节能产业中的功率器件。GAN半导体可以使得汽车、消费电子、电网、高铁等产业系统所使用的各类电机、逆变器、AC/DC转换器等变得更加节能、高效。GAN用在大功率器件中可以降低自身功耗的同时提高系统其它部件的能效，节能2090。图13功率半导体器件的应用范围资料来源互联网、长江证券研究部以功率MOSFET、IGBT和GTO包括IGCT为代表的全控功率器件也发展到了十分高的水平。GAN宽禁带电力电子器件代表着电力电子器件领域发展方向，材料和工艺都存在许多问题有待解决，即使这些问题都得到解决，它们的价格肯定还是比硅基贵。预计到2019年，硅基GAN的价格可能下降到可与硅材料相比拟的水平。由于它们的优异特性可能主要用于中高端应用，与硅全控器件不可能全部取代硅半控器件一样，SIC和GAN宽禁带电力电子器件在将来也不太可能全面取代硅功率MOSFET、IGBT和GTO包括IGCT。值得一提的是同为宽禁带半导体材料的SIC，从目前来看SIC和GAN还不够成竞争关系。从长远看，有可能形成如下一种格局SIC电力电子器件将主要用于1200V以上的高压工业应用领域；GAN电力电子器件将主要用于900V以下的消费电子、计算机/服务器电源应用领域。，图14未来GAN功率器件发展预测图15GAN功率器件市场预测资料来源IEEE，长江证券研究部资料来源IEEE，长江证券研究部请阅读最后评级说明和重要声明18/37行业研究深度报告3军事电子中GAN半导体的应用GAN半导体材料的特点决定了其特别适合制作成为高频大功率器件，在军事电子钟有非常多的应用。伴随着雷达技术的发展，GAN半导体适应了新型雷达体术的高性能、高可靠性和低成本的要求。高性能主要包括高输出功率、高功率密度、高工作带宽、高效率、体积小、重量轻等。目前第一代和第二代半导体材料在输出功率方面已经达到了极限，而GAN半导体由于在热稳定性能方面的优势，很容易就实现高工作脉宽和高工作比，将天线单元级的发射功率提高10倍。高可靠性功率器件的寿命与其温度密切相关，温结越高，寿命越低。GAN材料具有高温结和高热传导率等特性，极大的提高了器件在不同温度下的适应性和可靠性。GAN器件可以用在650C以上的军用装备中。低成本GAN半导体的应用，能够有效改善发射天线的设计，减少发射组件的数目和放大器的级数等，有效降低成本目前GAN已经开始取代GAAS作为新型雷达和干扰机的T/R（收/发）模块电子器件材料。美军下一代的AMDR（固态有源相控阵雷达）便采用了GAN半导体GAN半导体在光电器件中的应用1LED行业中的GAN半导体应用LED行业中GAN半导体主要应用在以下两个方面（1）大屏幕、车灯、交通灯等领域的GAN基蓝、绿光LEDGAN基LED的出现，从根本上解决了发光二极管三基色缺色的问题，是全彩显示必不可少的关键器件。蓝、绿光LED具有体积小、冷光源、响应时间短、发光效率高、防爆、节能、寿命长等特点。因此GAN基二极管在大屏幕彩色显示、车辆交通、多媒体显示、LCD背光源、通信等领域有着广泛的应用。（2）普通白光照明GAN基LED目前LED氮化镓芯片通常是基于蓝宝石或者SIC衬底晶片，这种衬底LED芯片存在很大的缺陷，如果采用GAN基LED，不但可以有效解决发光散热问题，还能使单位面积亮度提升10倍，同时降低电力损耗47。随着GAN晶片的价格逐步下降，GAN衬底在LED白光照明的应用市场将逐步铺展开。图16蓝光GANLED二极管图17OSRAM垂直结构的GAN基LED请阅读最后评级说明和重要声明19/37行业研究深度报告资料来源TECHNOLOGY，长江证券研究部资料来源OSRAM，长江证券研究部2激光行业中的GAN半导体应用激光行业中，GAN主要用于制作蓝紫光激光器等。GAN作为宽禁带半导体材料，其发射光波长在405NM附近，应用前景十分广泛。作为半导体激光器的代表，蓝紫光激光器的体积小、寿命长、易集成，并且容易获得高速调制的激光输出，因此在激光通信、光储存、激光打印/印刷、激光监测等方面获得了广泛的应用。图18GAN系列蓝紫激光管构造图19小型化的GAN基蓝光激光器资料来源互联网，长江证券研究部资料来源互联网，长江证券研究部GAN半导体市场潜力巨大，蓄势待发由于对高速、高温器件需求的不断增长，是的半导体业界开始重新考虑半导体的设计和材料。目前SI材料已经难以维持摩尔定律，由于GAN材料的特性，为多种应用提供了独特的选择，如消费电子领域、军事电子领域、工业领域等等。我们预计需求量的增加主要来自于GAN材料器件带来的器件在性能方面的提高，以及由于重量、尺寸等缩小打来的便捷性和经济性。图20GAN半导体器件市场预测资料来源透明市场研究、长江证券研究部GAN半导体在电子器件中的市场1无线通信中GAN半导体的市场请阅读最后评级说明和重要声明20/37行业研究深度报告在面对未来高速数据流的时候，基站中的放大器能否处理巨大的数字流将是一个问题。采用GAN材料的晶体管，可以将现有基站放大器提高到现在的23倍，可以用相同的基站覆盖相同的地区，可以提供更高数据传输率，且基站将会变得更加小型化。以GAN为材料制作的PA，无论是在终端元件还是通信基站中，应用都有广阔的前景。图21全国4G基站建设投资规模资料来源网络公开数据、长江证券研究部2工业电子中GAN半导体的市场作为GAN材料在工业电子的主要应用，功率半导体器件有着巨大的市场前景。表420072012年全球主要国家大功率半导体市场规模（亿美元）国家或地区2007年2008年2009年2010年2011年2012年美国128135144155168181日洲23225027530834538中国42651464480510021204其他204237264264269302合计115713111516173420002303资料来源ISUPPLI，长江证券研究部我们预计，功率器件的增长主要来自三个方面电力电网中的功率器件伴随着全球智能电网的兴起建设，功率器件在智能电网中扮演了重要的角色（1）功率器件优化电网，保障电网安全；（2）可再生能源的利用要用到功率器件转换能力；（3）功率器件能够改善电网中电力质量。我们预计，未来智能电网将带动功率器件的增长。图22输变电市场传输系统大功率器件市场容量及其增长率图23发电市场电机驱动大功率器件市场容量及其增长率请阅读最后评级说明和重要声明21/37行业研究深度报告资料来源CCID，长江证券研究部资料来源CCID，长江证券研究部轨道交通中的功率器件2014年，我国已建成运营高铁里程达到118万公里，在建里程为11万公里。国家和地方政府对铁路建设，特别是高铁建设积极性都较高，各地纷纷出台政策或者成立公司，强力推进快速铁路建设。从全球市场来看，进入21世纪以来，全球铁路装备市场也保持了较快的增长。德国轨道交通机构SCIVERKEHR的一份资料显示，2012年全球轨道交通装备市场规模为1,430亿欧元，到2016年将增长到1,680亿欧元。伴随着中国国内高铁建设以及城市轨道交通建设的旺盛需求，以及中国高铁走出去的战略，根据前瞻产业研究院给出的数据，未来10年，世界高铁建设速度将加快，新增里程超过一万公里，海外高铁基建市场容量约为3万亿元，高铁配套设备市场将在6000亿元，预计全球轨道交通中各种功率器件市场容量将超过400亿。图24全国铁路固定投资规模及其增长率图25轨道交通市场大功率器件市场容量及其增长率资料来源中国铁路总公司，长江证券研究部资料来源CCID，长江证券研究部汽车电子中的功率器件汽车行业中功率器件增长呈现良好的态势，我们认为主要原因在于以下两点（1）汽车保有量持续上行，传统汽车对功率器件需求旺盛；（2）电动汽车潮流持续。图26全球新能源汽车出货量预测及其渗透率辆图27汽车电子领域大功率器件市场容量及其增长率请阅读最后评级说明和重要声明22/37行业研究深度报告024681012140200000040000006000000800000010000000120000001400000020042005200620072008200920102011201220132014E2015E2016E2017E2018E2019E2020E全球新能源汽车销量渗透率资料来源MAKLINES,长江证券研究部资料来源CCID,长江证券研究部3军用电子中GAN半导体的市场以雷声公司研发AN/APG77型有源相控阵雷达来看，该系统采用了2000个MMIC，有缘相控阵雷达将是未来军用航空器机载雷达的首选。结合世界军用航空器数量来看，未来军用航空器方面GAN材料MMIC需求量将达到2000万。根据STRATEGYANALYTICS报告显示在军事电子方面2015年GAASMMIC的全球市场为25亿美元，到2018年GANMMIC的全球市场将达到5亿美元。表5世界军用航空器数据统计排名国家数量（架）比重（）1美国2740192中国1453103俄罗斯1438104印度76855朝鲜57446埃及41437韩国40938巴基斯坦37739日本291210中国台湾2862其他总计60384110788100资料来源互联网、长江证券研究部GAN半导体在光电器件中的市场1LED中GAN半导体的市场IMSRESEARCH预测分析，在LED电视、显示器和普通照明领域，GAN（蓝/绿）LED的市场份额将快速增长。TECHNAVIO的分析报告指出，GAN基LED市场成长的关键因素在于GAN基LED在照明市场的普及。GAN基LED比传统LED外形更小、功率更高，发光强度也更高。加上LED将会是未来通用照明领域的主流，受此影响，在未来几年LED将有巨大的潜在需求。图28GAN基LED市场销售收入请阅读最后评级说明和重要声明23/37行业研究深度报告资料来源TECHNAVIO、长江证券研究部2激光中的GAN半导体的市场全球的激光市场目前呈现持续增长的势头，主要是受益于光通信、材料加工、军事、医疗美容、仪表传感器和娱乐显示等市场的增长，其中半导体激光器占据了激光器的半壁江山。我们预计随着GAN材料的研究深入，GAN半导体将会越来越多的应用到激光行业中。图29全球半导体激光器市场资料来源OFWEEK激光、长江证券研究部请阅读最后评级说明和重要声明24/37行业研究深度报告下篇重点突破，国内企业有望弯道超车半导体产业还刚刚起步，且半导体器件技术壁垒较高，导致我国厂商产品大部分为中低端产品，离国际先进技术水平还有相当长的距离，远远不能满足自身经济建设的需要。目前大部分高端半导体器件尚依赖于进口，但半导体器件的重要性不言而喻。半导体器件是基础行业，关系着电子、交通、金融、军工等生活中的方方面面。“棱镜门”的爆发在信息安全方面给全世界上了一堂课。美国凭借其在半导体到软硬件行业的王牌公司高通、IBM、ORACLE、微软等，覆盖了全球从个人到企业两个用户层面。在后“棱镜门”时代，保障国家安全，建立自主信息化系统，摆脱国外科技企业的垄断显得尤为重要。半导体器件国内外差距巨大半导体器件是电子设备的核心器件，广泛应用于电子、交通、金融、军工等重要领域。半导体器件的安全事关国家安全。与欧美发达国家相比，我国半导体产业起步晚、底子薄，关键的设备、原材料长期依靠进口，加工工艺、器件设计等重要技术也长期受制于外国企业，可以说我国的半导体行业处处受制于人。从产业上来看，我国现有的半导体业务多以低端、代工为主，自主研发、创新能力较差，这种与我国经济的严重不协调性激发了我国要提升半导体产业水平的决心。此外，我国半导体市场巨大，只有真正的实现进口替代，才能维护我国国家安全。图30全球半导体设备市场各国贡献率资料来源SEMI、长江证券研究部GAAS/GAN电子器件在本节，我们将介绍电子器件的现状。我们并没有采用前述的使用产业上来区分电子器件，而是将电子器件从其使用功效上划分为两大方面来介绍国内外的情况。功率半导体节能产业的核心目前，从功率器件的全球份额来看，英飞凌、三菱电机、东芝、瑞萨电子等企业占据了主要地位。在全球功率器件市场前几名的企业中，我们没有看到国内企业的身影。功率器件仍然是由国外厂商把持，占据主导地位。请阅读最后评级说明和重要声明25/37行业研究深度报告图312012年IGBT芯片前十名市场份额资料来源前瞻网、长江证券研究部目前新型功率器件的应用才刚刚起步，从新型功率器件的两种主要材料SIC和GAN来看，已经开始生产新型功率器件的企业数非常少，生产SIC器件的厂商有英飞凌，CREE，ROHM等；生产GAN器件的厂商有英飞凌等。1英飞凌英飞凌是全球领先的半导体公司，其连续11年蝉联全球功率半导体龙头，在2013年全球功率器件市场缩减03的情况下，逆势增长，市场占有率达到123。在MOSEFET功率电晶体市场，英飞凌市场占有率达到136，成为最大的供应商。分离式IGBT功率电晶体与IGBT模组，分别也是占有率第一和第二。201年，英飞凌以30亿美元收购IR公司，拓展了自己在功率器件方面的产业链。在新型功率器件方面，英飞凌于2001年推出了全球第一个600V的SIC肖特基二极管，且目前产品都以SIC材料为主，2012年推出了SICJFET。在收购IR公司之后，英飞凌继承了IR在GAN器件方面的生产能力。具备了SIC和GAN器件的生产能力。表6英飞凌功率器件产业布局领域子领域系统功率器件AUTOMOTIVE/HEVEV车身系统解决方案中央车身控制模块PROFET低成本车身控制模块PROFET其它控制模块MOSFET安全系统制动系统MOSFET稳定系统MOSFET转向系统MOSFET悬挂控制MOSFET动力总成EV/HEV动力系统MOSFET变速系统MOSFET汽油/柴油直喷系统MOSFET消费电子家用电子空调、洗衣机、电冰箱、电动工具等MOSFET请阅读最后评级说明和重要声明26/37行业研究深度报告工业自动化工业电机系统MOSFET工业焊接IGBT其它工业运输IGBT感应加热IGBT照明LED照明LED驱动MOSFET荧光灯和HID镇流器MOSFET汽车照明线性LED驱动MOSFET高电流LED驱动MOSFET电网智能电网并网发电MOSFET/IGBT输变电MOSFET/IGBT智能城市MOSFET/IGBT新能源发电风能MOSFET/IGBT太阳能MOSFET/IGBT资料来源英飞凌，长江证券研究部2CREECREE公司是一家开发和制造半导体材料和设备的公司。该公司主要基于碳化硅、氮化镓和相关化合物生产半导体材料。该公司的专长是生产发光二极管产品、照明产品、用于电源盒射频应用的半导体产品。CREE的优势来自于SIC材料，其在2010年第一个推出了6寸的SIC产品，应用于高功率的LED市场，借此优势，其2013年全年收入165亿美元，在新型功率器件方面，主要产品有SIC的MOSFET等。CREE在功率器件方面的发展主要是基于其LED市场，应用于包括开关电源和太阳能逆变器等的各种高效率电源转换电路表7CREE功率器件产业布局领域功率器件产品系列参数范围工业/LEDMOSFETC2M0系列C2M1系列CMF1系列1200V1700V25M欧1000M欧3A60A功率模块CAS1系列CAS3系列CSS0系列600V1700V1A50A肖特基二极管CSD系列C3D系列CPW系列1200V1700V25M欧1000M欧3A60A资料来源CREE，长江证券研究部3ROHMROHM是总部位于日本的全球著名半导体厂商之一。2010年收购了德国SICRYSTAL后形成了SIC功率器件的生产能力。目前新型功率器件主要产品有SIC二极管，SICMOSFET等。请阅读最后评级说明和重要声明27/37行业研究深度报告表8ROHM功率器件产业布局领域系统子系统功率器件工业应用电机控制无刷电机MOSFET进步电机MOSFET有刷电机MOSFET汽车车载系统稳定系统MOSFET控制系统MOSFET驱动系统MOSFET能源发电太阳能发电逆变器MOSFET/IGBT/肖特基二极管消费电子家电空调、冰箱、LED照明等MOSFET资料来源ROHM，长江证券研究部微波半导体射频产业的核心STRATEGYANALYTICS的一份关于GAAS器件的报告指出RFMD、SKYWORKS和TRIQUINT三家公司将更加巩固其在GAAS器件领域的领先位置，三者一起将占整个GAAS产业收入的59。TRIQUINT和SKYWORKS差距在减小，RFMD保持其全球头号GAAS基RF产品供应商的地位；前十大GAAS器件制造商（包括AVAGO、M/ACOM和三菱电气）共占82的全球份额。需要特别指出的是TRIQUINT和RFMD在2014年以5050的平等地位合并了，新公司名称为QORVOINC。图32GAAS器件制造商市场份额资料来源STRATEGYANALYTICS、长江证券研究部1RFMDRFMD是一家基于设计、开发及生产射频集成电路元件的美国公司。这些产品用于无线通讯的射频集成电路放大装置（RFICS）和信号处理传输设备。公司主要为手机生产备件，目前RFMD是全球主要的功频放大器的供货商。公司还同时生产用于无线基础设施、有线电视