三安光电研究报告向化合物半导体的星辰大海前行

三安光电研究报告-向化合物半导体的星辰大海前行化合物半导体大平台蓄力：下一步，星辰大海三安光电是我国化合物半导体领先企业,多年深耕光电领域化合物半导体的研发与制造，公司在发展的起步阶段主要专注于全色系超高亮度LED外延片、芯片与车灯的研发与生产；以2014年为起点，三安光电延续其Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体领域的生产经验，逐步布局化合物半导体制造业的晶圆代工服务，将业务范围从LED芯片拓展至通讯射频、光通信与电力电子等四大领域。通过设立厦门三安集成，公司新建砷化镓（GaAs）和氮化镓(GaN)外延片生产线、以及适用于专业通讯微电子器件市场的砷化镓高速半导体芯片与氮化镓高功率半导体芯片生产线，并以三安集成为化合物半导体技术、产品培育与孵化基地，逐步向滤波器、碳化硅、硅基氮化镓等领域持续扩张。三安光电的化合物半导体全体系建设，将分享5G+新能源时代下全球性机遇。三安光电控股子公司厦门三安集成是国内化合物半导体龙头企业，工艺能力涵盖微波射频、电力电子、光通讯和滤波器四个领域的产品，主要应用于5G、大数据、云计算、物联网、电动汽车、智能移动终端、通讯基站、导航等。该公司于2015年3月开启通讯微电子项目（一期），建设了GaAs和GaN芯片6英寸线各一条，总投资额达30亿元。其GaAs制程包括HBT和pHEMT等，HBT主要用于手机、Wi-Fi等，pHEMT主要用于卫星通信、雷达等特种应用领域，总规划产能砷化镓高速半导体30万片/年、氮化镓高功率半导体6万片/年。截至2021H，在微波射频领域，三安集成已推出具有国际竞争力的GaAsHBT、pHEMT等面向射频应用的先进制程工艺，已建成专业化、规模化的4吋、6吋化合物晶圆制造产线。在电力电子领域，现已推出高可靠性，高功率密度的SiC功率二极管及硅基氮化镓功率器件。在光通讯领域，已具备生产DFB、VCSEL、PDAPD等数通产品的能力，并面向3Dsensing，红外LiDAR等消费应用领域开发出高功率可见波段、红外波段VCSEL，及端面发光激光器（EEL）等应用产品。射频领域：基站PA+移动终端PA+滤波器信息时代连接为王，高频+高速需求奠定射频增长基础5G趋势下射频需求提升，射频前端价值量随着通信制式升级而提升。5G趋势下，高传输速率、高稳定性、低延时、多设备兼容的应用场景逐渐普及，进而对电子元器件提出了高频、高速、低功耗、低延时等更高要求。在无线通信领域，射频前端模块的核心器件包括功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、滤波器、射频开关，移动终端每增加一个频段，需要增加1个双工器，2个滤波器，1个功率放大器和1个天线开关。从手机终端单机价值量来看，2G时代射频前端价值量约3美元，4G时代达到18美元，到5G时代将增长至25美元，增幅近40%。5G手机+WiFi6渗透率高速增长，射频芯片成长空间广阔。据TrendForce预测，2020年全球手机出货量约为12.57亿台，其中5G手机约2.39亿台，渗透率达19%。据工信部统计，我国5G手机2022年1月渗透率已达81.33%，远超全球平均水平。而除了5G手机以外，以WiFi6为代表的IoT射频技术也在快速渗透，未来射频芯片的市场空间仍十分广阔。除了终端设备外，5G基站也在保持快速渗透，带动射频芯片价值提升。4G基站设备由BBU（基带单元）和RRU（射频拉远单元）组成，RRU通常会拉远至接近天线的地方，RRU与天线之间通过馈线连接。5G基站设备将BBU分割为CU（中央单元）和DU（分布式单元），并通过光纤与AAU（有源天线单元）连接。5G基站天线采用MassiveMIMO技术，天线和RRU合设，组成AAU。MassiveMIMO天线一般为64T64R，则单个宏基站天线数量为192个，放大器数量为192个。5G基站之于4G基站的主要变化有：天线：1）产品形态变化，基站天线+RRU（4G时代）--→AAU（5G时代）；

2）高频特性3.5GHz/5GHz，覆盖面积小，带动天线数量提升；3）MassiveMIMO技术变化，基站天线（4T4R）--→AAU（64T64R），单天线价值量提升；滤波器：1）轻量化、小型化、有源化，金属腔体滤波器--→陶瓷介质滤波器；

2）MassiveMIMO多通道，每个通道需要滤波器，单个基站的滤波器数量增多。同时，5G基站数量相较4G大幅提升。2~4G均是低频段信号传输，宏基站几乎能覆盖所有的信号传输，但由于5G主要是中高频段，宏基站能覆盖的信号范围十分有限，因此为了保障信号的覆盖程度，5G基站的部署密度相较于4G基站将会有所增加，同时还通过小基站模式增强信号覆盖能力。根据工信部数据，截至2020年10月我国共建成5G基站超70万座，前瞻产业研究院预计2022年底我国5G基站数可能达到110万个，实现全国所有地级市室外的5G连续覆盖、县城及乡镇重点覆盖、重点场景室内覆盖。此外，5G频段的特性也促使基站建设向多频段、高密度、异用途迁移。如2~4G均是低频段信号传输，宏基站几乎能覆盖所有的信号传输，但由于5G主要是中高频段，宏基站能覆盖的信号范围十分有限，因此为了保障信号的覆盖程度，5G基站的部署密度相较于4G基站将会有所增加，同时还通过小基站模式增强信号覆盖能力。信息时代连接为王，高频+高速需求奠定射频增长基础，信息技术的持续演进为射频芯片带来了强大的增长动力，Yole预测到2025年全球射频芯片规模将达258亿美元，2018年至2025年间复合增长率达8.06%。其中PA、滤波器在2025年市场规模将达104、51亿美元。此外，基站耗电量增加，对电源IC等器件需求也会增强。5G趋势下，射频元件的接收到发送基本上皆属于高频讯号，因此从有线到无线网路的射频元件应用，主要都采用化合物半导体元件。高频、高速、高功率趋势成为化合物半导体成长的沃土。5G技术要覆盖毫米波频段，同时将可用通信频率提升至6GHz300GHz区间，由此拓宽低延时、高传输速度、多接入终端的运用场景，进而对器件提出了高速、瞬时带宽、低功耗、高频及低时延等方面的要求，以便最大限度地提高电子元器件的内在性能。而以GaAs、GaN为代表的化合物半导体元件具有优异的高频特性，顺应宽频无线通讯及光通讯的爆炸性需求，能广泛运用在基站、移动射频、光通信器件中，受益于5G替代的趋势，化合物半导体未來射频领域市场空间可期，因此下文我们主要分析射频领域内化合物半导体的成长动力以及三安光电的发展机遇。砷化镓：高频率+低功率，移动终端射频理想材料化合物半导体中，GaAs、GaN、SiC应用领域不同，砷化镓（GaAs）属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，是目前技术最为成熟、生产量最大的化合物半导体。相比起传统半导体材料硅，GaAs具有高电子迁移率（为Si的5~6倍）、宽禁带、高工作温度、光电特性好

（可作发光与激光器件）、抗辐射、耐热、不易产生错误信号等优势。GaAs是当前射频领域中应用最广泛的材料，被广泛应用在射频、无线通信以及特种应用上。GaAs应用的工作频率主要在8GHz以内，适合中低功率器件，例如微基站和手机射频材料。砷化镓工艺像传统的Si半导体发展出BJT、CMOS、BiCMOS工艺一样,GaAs半导体也发展出了多种不同工艺，如HEMT、pHEMT、BiHEMT、HBT等。目前砷化镓制程技术主流为HBT、pHEMT两大主轴，HEMT尤其适合低噪声和高线性的场合，HBT主要用于VCO和手机PA；BiHEMT是HEMT