三安光电研究讲述：向化合物半导体的星辰大海前行？会议室面光灯

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一周大事件丨全国照明行业热点回顾

三安光电研究讲述：向化合物半导体的星辰大海前行

2022-04-10    

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　　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，公司在生长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 2022 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履历，逐步结构化合物半导体制造业的晶圆代工服务，将营业局限从 LED 芯片拓展至通讯射频、 光通讯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手艺、产物培育与 孵化基地，逐步向滤波器、碳化硅、硅基氮化镓等领域连续扩张。

　　三安光电的化合物半导体全系统建设，将分享 5G+新能源时代下全球性时机。三安光电 控股子公司厦门三安集成是海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物，主要应用于 5G、大数据、云盘算、物联网、电 动汽车、智能移动终端、通讯基站、导航等。该公司于 2022 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 制程包罗 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，总设计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。住手 2022H，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 等数通产物的能力，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)等应用产物。

　　射频领域：基站 PA+移动终端 PA+滤波器

　　信息时代毗邻为王，高频+高速需求奠基射频增进基础

　　5G 趋势下射频需求提升，射频前端价值量随着通讯制式升级而提升。5G 趋势下，高传 输速率、高稳固性、低延时、多装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。在无线通讯领域，射频前端模块的焦点器 件包罗功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、滤波器、射频开关，移动终端每增添 一个频段，需要增添 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 时代到达 18 美元，到 5G 时代将增进至 25 美元，增幅近 40%。

　　5G 手机+WiFi 6 渗透率高速增进，射频芯片发展空间广漠。据 TrendForce 展望，2022 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 WiFi 6 为代表的 IoT 射频手艺也在快速渗透，未来射频芯片的市场空 间仍十分广漠。

　　除了终端装备外，5G 基站也在保持快速渗透，动员射频芯片价值提升。4G 基站装备由 BBU(基带单元)和 RRU(射频拉远单元)组成，RRU 通常会拉远至靠近天线的地方， RRU 与天线之间通过馈线毗邻。5G 基站装备将 BBU 支解为 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)毗邻。5G 基站天线接纳 Massive MIMO 手艺，天线和 RRU 合设，组成 AAU。MassiveMIMO 天线一样平常为 64T64R，则单个宏 基站天线数目为 192 个，放大器数目为 192 个。5G 基站之于 4G 基站的主要转变有：

　　天线：1)产物形态转变，基站天线+RRU(4G 时代)--→AAU(5G 时代);2)高频特征 3.5GHz/5GHz，笼罩面积小，动员天线数目提升;3)MassiveMIMO 手艺转变，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目增多。

　　同时，5G 基站数目相较 4G 大幅提升。2~4G 均是低频段信号传输，宏基站险些能笼罩 所有的信号传输，但由于 5G 主要是中高频段，宏基站能笼罩的信号局限十分有限，因此为了保障信号的笼罩水平，5G 基站的部署密度相较于 4G 基站将会有所增添，同时还通过小基站模式增强信号笼罩能力。凭证工信部数据，住手 2022 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 基站数可能到达 110 万 个，实现天下所有地级市室外的 5G 延续笼罩、县城及州里重点笼罩、重点场景室内覆 盖。此外，5G 频段的特征也促使基站建设向多频段、高密度、异用途迁徙。如 2~4G 均 是低频段信号传输，宏基站险些能笼罩所有的信号传输，但由于 5G 主要是中高频段， 宏基站能笼罩的信号局限十分有限，因此为了保障信号的笼罩水平，5G 基站的部署密 度相较于 4G 基站将会有所增添，同时还通过小基站模式增强信号笼罩能力。

　　信息时代毗邻为王，高频+高速需求奠基射频增进基础，信息手艺的连续演进为射频芯 片带来了壮大的增进动力，Yole 展望到 2025 年全球射频芯片规模将达 258 亿美元， 2022 年至 2025 年间复合增进率达 8.06%。其中 PA、滤波器在 2025 年市场规模将达 104、51 亿美元。此外，基站耗电量增添，对电源 IC 等器件需求也会增强。

　　5G 趋势下，射频元件的吸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，主要都接纳化合物半导体元件。高频、高速、高功率趋势成为化合物半 导体发展的沃土。5G 手艺要笼罩毫米波频段，同时将可用通讯频率提升至 6GHz300GHz 区间，由此拓宽低延时、高传输速率、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征， 顺应宽频无线通讯及光通讯的爆炸性需求，能普遍运用在基站、移动射频、光通讯器件 中，受益于 5G 替换的趋势，化合物半导体未來射频领域市场空间可期，因此下文我们 主要剖析射频领域内化合物半导体的发展动力以及三安光电的生长时机。

　　砷化镓：高频率+低功率，移动终端射频理想质料

　　化合物半导体中，GaAs、GaN、SiC 应用领域差异，砷化镓(GaAs)属于Ⅲ-Ⅴ族化合 物半导体，是现在手艺最为成熟、生产量最大的化合物半导体。相比起传统半导体质料 硅，GaAs 具有高电子迁徙率(为 Si 的 5~6 倍)、宽禁带、高事情温度、光电特征好 (可作发光与激光器件)、抗辐射、耐热、不易发生错误信号等优势。GaAs 是当前射频 领域中应用最普遍的质料，被普遍应用在射频、无线通讯以及特种应用上。GaAs 应用 的事情频率主要在 8G Hz 以内，适合中低功率器件，例如微基站和手机射频质料。

　　砷化镓工艺像传统的 Si 半导体生长出 BJT、CMOS、BiCMOS 工艺一样,GaAs 半导体 也生长出了多种差异工艺，如 HEMT、pHEMT、BiHEMT、HBT 等。现在砷化镓制程技 术主流为 HBT、pHEMT 两大主轴，HEMT 尤其适合低噪声和高线性的场所，HBT 主要 用于 VCO 和手机 PA;BiHEMT 是 HEMT 和 HBT 的连系产物。

　　HBT(异质接面双极性晶体管)：主要用于手机 PA、Wifi PA、VCO。因物理特征具备高线性度、优越宽频响应、高溃逃电压、高增益、高效率、较低寄生效应、无 需负偏压设计、低相位杂讯等优点，致使其功效展现具有功率放大倍率佳、待机耗 电流较低、体积小等特色，现在 HBT 已成为市场上手机及 Wifi 用 PA 的主流手艺。

　　pHMET(异质接面高电子迁徙率晶体管)：主要用于 LNA、RF Switch。pHEMT 是对 HEMT(高电子迁徙率晶体管)的一种改善结构。pHEMT 具有双异质结的结 构,这不仅提高了器件阈值电压的温度稳固性,而且也改善了器件的输出伏安特征, 使得器件具有更大的输出电阻、更高的跨导、更大的电流处置能力以及更高的事情 频率、更低的噪声等，这些优势使 pHEMT 在高功率基地台、LNA、RF Switch 上 占有主要职位。pHEMT 由于砷化铟镓(InGaAs)的加入，稀奇适用于 RF Switch 的应用，未来在 WLAN、WLL，以及光纤通讯、卫星通讯、点对点微波通讯、卫星 直播、有线电视、数位电视应用、Automobile Radar 及汽车防撞系统等应用，都 有较大的发展空间。

　　以射频功放为例，射频功率放大器的主要手艺指标就是输出功率、线性度与效率。GaAs 工艺能为 PA 提供最佳的应用性能，是 PA 的主流工艺，其中 HBT 占有了主流的应用地 位。此外，WiFi 毗邻模组也推动了基于 GaAs、SiGe 工艺的 PA 进一步生长与应用。

　　国产射频设计厂商兴起，代工模式带来新时机。砷化镓产业链上游主要包罗原质料、 GaAs 衬底制造;中游主要包罗外延片、IC 设计、晶圆代工以及封装测试;下游为终端 产物的应用。现在，射频器件市场 IDM 厂商占有主要份额，同时在海内射频设计厂商兴 起的动员下，砷化镓代工厂占比逐渐攀升。已往砷化镓射频市场较小，IDM 占有了主要 市场，而近几年砷化镓元件市场中，由于代工厂较具成本优势，加上 IDM 公司对于产能 扩充的投资倾向于守旧，连续释出更大比率的订单给代工厂，如 Skyworks、Qorvo、 Broadcom 等 IDM 厂商都将部门 PA 外包给代工厂，对晶圆制造代工厂而言，提供了较 好的营运扩展时机;与此同时，我国射频设计厂商连续生长，如海思、唯捷创新、飞骧 科技、紫光展锐等优异企业崭露头角，大幅增添了对代工厂的产能需求，预计砷化镓市 场中未来代工厂的比例会逐渐攀升。

　　据 Strategy Analytics 统计，2022 年全球砷化镓射频器件市场(含 IDM 厂商)总产值约 为 91.61 亿美元，较 2022 年的 85.44 亿美元发展 6.4%;2022 年砷化镓射频器件主要 由美国 IDM 厂商 Skyworks、Qorvo 占有，然则中国台湾区域的砷化镓晶圆代工领域龙 头——稳懋，从 2022 年市占率 7.9%排名第四，到 2022 年市占率 9.1%排名第三，实 现了对 IDM 厂商 Broadcom(8.9%)的逾越，反映出代工厂在整个砷化镓射频器件市 场中的占比不停提高。2022 年砷化镓代工市场规模为 10.57 亿美元，较 2022 的 8.81 亿美元发展 20%，其中稳懋 2022 年市占率为 79.2%，连续保持全球第一大砷化镓晶圆 代工半导体厂商的职位。

　　一方面是 5G 换机潮和国产厂商兴起带来的时代时机，另一方面由于晶圆代工与上下游 客户联系慎密，漫长的客户认证将磨练公司焦点竞争力。砷化镓代工厂龙头与客户深度绑定，稳懋第一大客户为 Broadcom，该公司曾以 1.85 亿美元入股稳懋，深度绑定二者 的互助关系，Skyworks、Qorvo 等 IDM 厂商也是稳懋的主要客户;宏捷科 2022 年的第 一大客户占公司收入亦超 50%。岂论是消费电子市场对于基础器件的要求愈发严苛，还 是下游客户对于产物质量的认证难度升级，未来的射频器件、光电器件的要求需要思量 体积、能耗、成本等多种指标，施展晶圆代工厂商的领先手艺优势以知足客户产物需求才气真正与 IDM 厂商抗衡。此外，从近期全球主要的 IDM 厂已逐步释出砷化镓晶圆代 工订单来看，我们以为未来代工模式相比起 IDM 模式，将具有更高的发展空间，对于中 国市场来说，晶圆厂与纯 IC 设计厂商需要慎密配合，来应对全球竞争的挑战。

　　而从 GaAs 的应用来看，射频、LED、激光器为主要应用领域，三安光电多年深耕化合 物质料工艺，从 LED、激光器到射频器件均具备深挚履历。三安集成砷化镓射频 2022H1 扩产装备已逐步到位，产能到达 8,000 片/月，出货产物周全笼罩 2G-5G 手机 PA、WIFI 等应用领域，海内外客户累计近 100 家，已成为海内领先射频设计公司的主力供应商。 随着后续扩产装备的逐步到位，产能不停提升，加上产物手艺工艺不停成熟，高阶工艺 导入及客户新流片增添，客户粘性将不停增强。

　　三安集成在砷化镓射频芯片制造工艺领域连续投入，不停提高工艺水平，第三代 HBT 工 艺可以应用于 HPUE/APT PA，提供了更高的功率密度以及 PAE 水平，支持客户在高频 段消费类通讯的应用需求。另外，0.1/0.15/0.25um pHEMT 工艺均已实现量产，可以为 客户提供天下一流的生产能力和性能水平。三安集成基于砷化镓 HBT 及 p-HEMT 手艺 平台，接纳自主开发的专利制程工艺，实现了 n77-79 全 5G 频段笼罩的收发性能，完 整知足 Sub-6GHz 随便 5G NR 应用;自主研发的 HBT 制程工艺，乐成到达 TDD Power Class 2 PA 的性能。2022H，公司砷化镓射频产物出货客户累计近 100 家，客户区域涵 盖海内外，并乐成成为海内着名射频设计公司的主力供应商。

　　公司产能急起直追，与龙头之间差距不停缩小。住手 2022H 三安集成产能暂时未及稳 懋(2022 年数据)、宏捷科(2022 年 11 月数据)等砷化镓代工厂水平，但随着公司产 线装备安装调试进度的加速，预计三安集成未来产能将连续扩张，不停缩小与砷化镓元 件代工厂龙头之间的差距。

　　碳化硅基氮化镓：大功率射频器件的基石

　　氮化镓(GaN)是第三代半导体中的主要组成，以氮化镓质料为基础的微波射频器件近 年来获得蓬勃生长，与以硅(Si)为代表的第一代半导体质料和以砷化镓(GaAs)为代 表的第二代半导体质料相比，第三代半导体 GaN 微波射频器件具有高输出功率、高效 率、高频率、大宽带和可高温环境事情的优良特征，适用于半导体照明、高压、高频、 大功率领域，是迄今为止的最为理想的微波功率器件。碳化硅基氮化镓是指基于 SiC 异 质衬底外延质料制备的 GaN，其外延生长手艺相对成熟，质料缺陷和位错密度小，方块 电阻、迁徙率等电学参数最好，且 SiC 衬底导热性好，适合应用于高温、高频的领域， 因此在大功率输出的雷达、卫星、5G 基站具有广漠的应用远景，SiC 基 GaN 微波射频 器件成为现在市场主流。

　　碳化硅基氮化镓主要的应用市场是无线通讯和特种领域。国防军事与航天应用是我国 GaN微波射频器件的主要应用领域，2022年市场规模占整个GaN射频器件市场的53%; 其次是无线基础设施，下游市场占比为 36%。在差异质料微波射频器件的应用局限对比 中，碳化硅基氮化镓最适合应用在大功率、高频率的微波器件上，多用于军用雷达、智 能武器和通讯系统方面，现在已逐渐向 5G 移动通讯基站等民用领域拓展，在低频段 3- 6GHz 和毫米波频段施展作用，已成为基站功放器的主要新质料。

　　5G 带来碳化硅基氮化镓市场快速发展。GaN 因其小体积、大功率的特征，以及 SiC 的 高导热率和低 RF loss，碳化硅基氮化镓的禁带速率、电子饱和迁徙速率、击穿场强和 事情温度远远大于 Si 和 GaAs，通常应用与雷达和功率较大的宏基站，现在已逐步应用 在基站 PA 芯片上。受益于 5G 基站快速渗透、GaN 射频器件市场规模的快速增进。并 且 GaN 射频器件主要在 SiC 衬底上制作，碳化硅基氮化镓获得了极大的发展价值，是 未来大功率射频通讯的焦点手艺之一。据 CASAResearch 统计，2022 年海内 GaN 微 波射频器件市场规模为 66.1 亿元，较上年同比增 57.2%。5G 基站建设是影响 GaN 微 波射频器件市场规模转变的主要因素，预计 2022 年我国 5G 基站建设将到达岑岭，带 动海内 GaN 微波射频器件市场规模迅速扩张，厥后自 2023 年最先，毫米波基站将有望 最先大规模部署，成为拉动市场的主要气力，动员海内 GaN 微波射频器件市场规模成 倍数增进。

　　我国 5G 通讯产业正获得各级政府的重点扶持和移动通讯商的应用牵引，2022 年将是 民用 GaN 射频器件快速生长的要害元年。2022-2024 年 5G 宏基站 GaN 产物以大功率 SiC 基 GaN 器件与模块为主。随着低成本大尺寸 Si-on-GaN 晶圆工艺逐渐成熟，低功 率 Si-on-GaN 及其多功效化 MMICs(单片、3D 异构)在小功率 5G 微基站应用中将成 为主要的功放半导体产物系列。面向 5G 移动终端应用的低压 GaN 功放将是潜在的新 产物偏向。

　　碳化硅基氮化镓迎来特种装备黄金生长时机。在特种领域、卫星领域，GaN 器件已经代 替了大部门 GaAs 和部门 Si LDMOS 及行波管，占有了大部门市场份额。国防市场上的 有源电扫阵列(AESA)多年来依赖碳化硅基氮化镓来提升系统的性能和可靠性，许多 新手艺得益于碳化硅基氮化镓的功率，例如在更高温的沟道温度下增强的射频可靠性、 频率可用性和延伸的产物寿命。随着电子战和通讯系统频率和带宽的增添，碳化硅基氮 化镓真正的优势将大放异彩。

　　国产化打造 GaN 增进时机。随着海内第三代半导体产业向着“成耐久”过渡，第三代 半导体器件最先应用于新能源汽车、光伏、5G 基站等，海内主流企业在产业、产物、 市场等领域的结构逐渐落地，而国际经济商业形势的转变也大幅加速了半导体国产化的 历程，通讯装备、特种装备是其中替换需求较强的领域。GaN 产业链按环节分为 Si 衬 底(或 GaN 单晶衬底、SiC、蓝宝石)、GaN 质料外延、器件设计、器件制造、封测以及 应用。各个环节海内均有企业涉足，如在射频领域，SiC 衬底生产商有天科合达、山东天岳等，GaN 衬底有维微科技、科恒晶体、镓铝光电等公司。外延片涉足企业有晶湛半 导体、聚能晶源、英诺赛科等。

　　三安光电是海内少数具备碳化硅基氮化镓大规模产线的企业，已建成海内第一台 6 英寸 氮化镓外延芯片产线并投入量产，并打造了海内第一个商用化和半导体晶圆代工制造平 台。从整体上来看，三安光电是我国领先的批量制造氮化镓外延和芯片的企业，具有明 显的行业稀缺性。此外，中电科 55 所、能讯半导体等企业也纷纷结构碳化硅基氮化镓 领域。

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　　滤波器：射频器件王冠上的明珠

　　声外面波滤波器是射频前端中的主要芯片，而射频前端是实现信号无线毗邻的要害模块。 移动终端类产物的无线通讯系统主要由天线、射频前端模块、射频收发模块、基带信号 处置器等四部门组成。射频前端能够实现差异频率的信号在天线和射频收发模块之间发 射和吸收。射频前端包罗射频开关(Switch)、低噪声放大器(LNA, Low Noise Amplifier)、 功率放大器(PA, Power Amplifier) 、滤波器(Filter)和双工器(Duplexer)等芯片。 声学滤波器主要分为声外面波滤波器(SAW Filter)和体声波滤波器(BAW Filter)。

　　现在市场上声外面波滤波器主要包罗 SAW、TC-SAW，适用频率局限较广;体声波滤波 器主要包罗 BAW、FBAR，适用于较高的事情频率。凭证 Resonant 数据，现在 SAW、 TC-SAW 等声外面波滤波器占声学滤波器 70%以上的市场份额。

　　三安集成连续投入声外面波滤波器产物的研发、生产和销售。整合从压电质料晶圆、表 面波谐振器结构以及可靠封装等专业和科学领域的研究履历，我们可以提供无线通讯系 统射频前端应用的单频段及多频段的滤波器、双工器产物。三安集成连续扩大 SAW 滤 波器产物的选型库，其频率局限涵盖 600 到 2690MHz，通带带宽局限可达 15到 194MHz。 相关应用包罗但不限于蜂窝系统频段，非授权频段以及其他无线射频前端应用。在芯片 级、晶圆级等封装手艺加持下，三安集成致力于连续供应高可靠性与高性能的 SAW 滤 波器市场。

　　2022H，三安集成滤波器 SAW 和 TC-SAW 产物已开拓客户 41 家，其中 17 家为海内 手机和通讯模块主要客户，产物已乐成导入手机模块产业供应链。公司开发的自主知识 产权温度抵偿型滤波器，产物已经与国际厂商的同类产物性能相当，高品质、高性能的 产物能快速导入客户端，住手 2022H 已有多家手机终端厂商与公司联系，随着手机终 端厂商的直接导入以及公司产能的提升，未来在该领域的市场份额将进一步提升。

　　电力电子领域：能源革命打造新十年航道

　　凭证 IHS Markit 展望，2022 年全球功率器件市场规模约为 391 亿美元，预计至 2022 年市场规模将增进至 441 亿美元，2022~2022 年复合增速为 4.09%。现在海内功率半 导体产业链正在日趋完善，手艺也正在取得突破。同时，中国也是全球最大的功率半导 体消费国，2022 年市场需求规模到达 138 亿美元，增速为 9.5%，占全球需求比例高达 35%。IHS Markit 预计未来中国功率半导体将继续保持较高速率增进，2022 年市场规 模有望到达 159 亿美元，2022~2022 年复合增速达 4.83%。

　　随着器件的小型化与对效率要求提升，接纳化合物半导体制成的电力电子器件可笼罩大 功率、高频与全控型领域，是功率半导体的主要质料。

　　硅基氮化镓：高频率低消耗的升级偏向

　　GaN 相比传统的硅，可以在更小的器件空间内处置更大的电场，同时提供更快的开关速率。以常见的手机或条记本电脑充电器为例，GaN 手艺的低电阻和低电容特征，可以有 效提高能量转化效率。因此，更多的能量被传输到电池，使其能更快地充电。此外，更 快的切换速率，意味着储能无源元件可以大幅缩小(由于它们在每个切换周期中储存的 能量要少得多) ，充电器的体积和重量可大幅降低，并向电池提供更多电力。此外，GaN 比硅基半导体器件，可以在更高的温度下事情。在汽车行业，GaN 正成为新能源汽车领 域中，电源转换和电池充电的首选手艺。基于 GaN 的功率产物，也越来越多地泛起在 太阳能发电装置接纳的逆变器中，以及电机驱动和其他工业电源转换的方案中。

　　1、现在，硅基氮化镓主要的应用市场为消费电子功率器件。由于硅基氮化镓同时具备 高频、耐压地特征，而且具有超低的反向恢复消耗等优点，可以实现更小体积、更高功 率和更高的转换效率，使得硅基氮化镓在 PD 快充等消费电子功率器件、新能源汽车的 功率半导体中具有极高的市场竞争力。

　　PD 快充市场发作，主流手机厂商纷纷入局。2022 年有十家手机厂商推出了 18 款氮化 镓快充，包罗小米、OPPO、三星等品牌已经将氮化镓快充作为手机标配。由于硅基氮 化镓具有高开关频率、高能量密度和高能量转换效率等特点，使得 GaN PD 快充产物拥 有更小体积和更高功率，对于消费者而言更易携带且充电效率更快。随着 GaN 手艺迭 代更新，预计硅基氮化镓会成为未来主流快充手艺。

　　GaN 快充应用市场广，迎来黄金生长时期。充电器厂商需求连续扩大，动员了 GaN 充 电器指数级增进，2022 年 GaN 器件预计到达 1.5 亿颗。GaN 快充手艺应用领域也从最 最先的手机营业，逐渐拓展到 PC、PAD、新能源汽车等多领域，遐想、LG 等品牌也推 出了基于 GaN 功率器件的高效大功率快充配件。GaN 快充市场迎来了黄金生长时期， 下游兴旺的需求使得海内外 PD 快充电力电子器件市场规模快速扩张。2022 年海内 PD 快充 GaN 电力电子器件市场规模为 0.32 亿元，预计 2025 年将到达 43.26 亿元，实现 高达 127%的年均复合增进率。2022 年全球 PD 快充 GaN 电力电子器件市场规模达 0.71 亿元，预计 2025 年可以到达 82.81 亿元，年复合增进率可达 121%。从上游晶圆 需求来看，2022 年海内 PD 快充市场 6 英寸 GaN 晶圆需求为 1.7 万片，到 2025 年可 以到达 67.4 万片;2022 年全球 PD 快充市场 6 英寸 GaN 晶圆需求为 3.7 万片，到 2025 年可以跨越 120 万片。

　　虽然 PD 快充 GaN 电力电子器件进入了生长快车道，然则降低 Si-on-GaN 价钱依然是 需要的。GaN 电力电子生产企业需增强研发投入，不停提高产物良率，降低生产成本。 现在海内企业产能可以知足海内 PD 快充市场未来需求，下一步是扩大 PD 快充全球市 场份额，推动 GaN 电力器件在小功率消费类电源、数据中央等工业电源以及新能源汽 车等领域的渗透。

　　2、新能源汽车的渗透动员功率半导体市场快速发展，硅基氮化镓器件迎来新增进点。新能源汽车市场保持高度景气，2022 年我国新能源汽车销量 350.7 万辆，同比增进165.1%。相比于传统机车，新能源汽车使用更多的功率半导体器件、即电力电子器件来 实现对大电流、大电压的调控，使用到的功率半导体器件包罗车载充电系统(OBC)、 电源转换系统(车载 DC/DC)等。例如，纯电动汽车相对于传统汽车而言，功率半导体 占汽车半导体总成本比重约为 55%，远超于传统能源汽车的 21%。随着新能源销售量 逐月攀升，功率半导体迎来迅猛的生长。中国是天下上最大的功率半导体消费国，2022 年中国功率半导体市场规模为 138 亿美元，占全球需求比例 35%。2022 年中国市场有 望到达 159 亿美元，2022-2022 年复合增进率为 4.83%，高于全球 4.09%的复合增进 率。

　　外洋多家企业最先推动 GaN 在新能源汽车领域的应用。Nexperia、Transphorm 和 GaN Systems 均推出了自己的车规级 GaN HEMT 商业化产物，丰田则结构汽车全氮化硅电 控系统，不仅与日本名古屋大学研发团队互助开发“全氮化镓汽车”，还与宝马互助 GaN Systems 公司，推动氮化镓用于电动汽车。GaN 在提高新能源汽车性能方面有着显著 的优势，相对照于 Si 手艺，GaN 芯片降低了电压和电流交织消耗，功率密度最高增添 40%，并降低了系统重量和成本。例如，丰田打造的全氮化镓汽车中通过 GaN 手艺， 将牵引逆变器效率提高了 20%，提升了电动汽车一次充电的续航里程，同时将 DC-DC 变换器尺寸减小了 75%，将车载充电器(OBC)尺寸减小至原来的 1/5，充电效率增添 到 98%。虽然 GaN 车用手艺仍处于早期生长阶段，但思量到成本优势和性能优势，这 一块市场受到一致看好。海内 GaN 功率半导体研发和应用起步相对晚，尚未在新能源 汽车领域取得实质希望。

　　其他应用领域中硅基氮化镓器件同样大有可为。应用于受成本驱动较大以及对输出功率 要求相对较低的领域，如无线回传以及小基站、射频能量(如微波炉加热功效)、有线电视(CATV)、卫星通讯系统(VSAT)等领域。随着 5G 通讯手艺的生长，硅基氮化镓器 件因其兼容主流 6-8 英寸 CMOS 工艺平台，并具备低成本、可量产这些优势，有望成 为面向 5G 微基站小功率应用的首选微波功率器件手艺。

　　随着硅基氮化镓的大尺寸外延质料制备手艺和制造工艺不停成熟，其成本优势进一步获得展现。预计在未来几年，低成本、高性价比的硅基氮化镓手艺更适合于 5G 通讯系统 的基站，以及 5G 基站数目不停增添，硅基氮化镓器件的市场份额将获得提高。同时， 面向终端的硅基氮化镓射频手艺将在 3 年后成熟，届时硅基氮化镓器件性能将跨越现在 的 GaAs 器件，成本将与 Si LDMOS 持平。3-5 年后，大量的移动终端最先使用硅基氮 化镓射频手艺，硅基氮化镓射频器件的市场份额和销售量将大幅上升，并跨越碳化硅基 氮化镓射频器件。

　　当前硅基氮化镓企业主要以 GaNSystem 等设计和器件集成为主，三安光电前瞻性结构 Si-on-GaN 代工能力，拥有完整的硅基氮化镓代工能力。早在 2022 年公司便将自己的 150mn 硅基氮化镓代工服务推向市场，服务于高压 AC/DC 和 DC/AC 电力电子领域。 与此同时英诺赛科、ST、Infineon 等海内外企业也起劲结构 Si-on-GaN，市场群雄逐鹿。

　　碳化硅：高电压场景的理想质料

　　硅基器件迫近物理极限，化合物半导体远景广漠。现在绝大多数的半导体器件和集成电 路都是由硅制作的，精彩的性能和成本优势让硅在集成电路等领域占有绝对的优势，无 论是在电力电子领域照样通讯射频等领域，硅基器件在低压、低频、中功率等场景，应 用也异常普遍。但在一些高功率、高压、高频、高温等应用领域如新能源和 5G 通讯等， 硅基器件的显示逐渐达不到理想的要求，以三五族为代表的化合物半导体以其性能优势 在通讯射频、光通讯、电力电子等领域逐步大规模民用化。

　　SiC在功率应用上具备多种优势。SiC 绝缘击穿场强是硅的 10 倍(意味着外延层厚底 是硅的 1/10)，带隙、导热系数约为硅的 3 倍，同时在器件制作时可以在较宽局限内控 制需要的 p 型、n 型，能够在高温、高压等事情环境下事情，同时能源转换效率更高， 以是被以为是一种逾越 Si 极限的功率器件质料，在新能源领域中具有相比 Si 器件更好 的显示。

　　新能源车动员功率半导体市场需求快速扩容，SiC 功率器件或迎替换时机。SiC 质料拥 有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁徙率以及抗辐射等特征，SiC 基的 SBD 以 及 MOSFET 更适合在高频、高温、高压、高功率以及强辐射的环境中事情。在功率等 级相同的条件下，接纳 SiC 器件可将电驱、电控等体积缩小化，知足功率密度更高、设 计更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。据天科合达招股说明书，美国特斯 拉公司的 Model3 车型便接纳了以 24 个 SiCMOSFET 为功率模块的逆变器，是第一家 在主逆变器中集玉成 SiC 功率器件的汽车厂商;现在全球已有跨越 20 家汽车厂商在车 载充电系统中使用 SiC 功率器件;此外，SiC 器件应用于新能源汽车充电桩，可以减小 充电桩体积，提高充电速率。

　　新能源车 800V 平台逐步落地，SiC 高电压场景优势凸显。对于电动汽车来说，续航和 充电是需要重点关注的两个点，近几年电动汽车的续航已经有很大提升，从原来的 200km 左右到现在最大跨越 700km，而若何提升充电效率成了当前需要解决的难题。 已往大部门车型的动力电池系统额定电压都是 400V，当前越来越多的厂商推出 800V 高电压平台，由于相比之下，800V 电压能够使汽车充电效率有较大提升，最早在 2022 保时捷实现了 800V 高电压量产，之后吉祥、比亚迪、通用、小鹏都推出了 800V 高电 压平台。而对于 800V 及以上高电压平台，电机逆变器是要害，在 400V 平台中基本接纳硅基 IGBT，在 800V 平台中车企普遍接纳 SiC MOSFET，相较于前者，SiC MOSFET 可以使整系一切效率进一步提高，而且尺寸和重量也大幅缩小。

　　未来光伏发电将会是全球新能源生长的主要偏向，新增装机量连续提升，而逆变器是光 伏不能或缺的主要组成部门，是光伏发电能否有用、快速渗透的要害之一。高效、高功 率密度、高可靠和低成本是光伏逆变器的未来生长趋势，接纳 SiC MOSFET 能够缩小 系统体积、增添功率密度、延伸器件使用寿命、降低生产成本。SiC 功率器件，为实现 光伏逆变器的“高转换效率”和“低能耗”提供了所需的低反向恢复和快速开关特征， 对提升光伏逆变器功率密度、进一步降低度电成本至关主要。在组串式和集中式光伏逆 变器中，SiC 产物预计会逐渐替换硅基器件。

　　此外，储能、充电桩、轨道交通、智能电网等也将大规模应用功率器件。整体而言，随 着器件的小型化与对效率要求提升，接纳化合物半导体制成的电力电子器件可笼罩大功 率、高频与全控型领域，其中 SiC 的泛起相符未来能源效率提升的趋势。以 SiC 制成的 电力电子器件，事情频率、效率及耐温的提升使得功率转换(即整流或者逆变)模块中 对电容电感等被动元件以及散热片的要求大大降低，将优化整个事情模块。未来，在 PFC 电源、光伏、纯电动及夹杂动力汽车、不中止电源(UPS)、电机驱动器、风能发电以及 铁路运输等领域，功率半导体尤其是 SiC 功率器件的应用面会不停铺开。

　　三安光电已积累深挚电力电子产物手艺与产能，未来有望接续释放发展动能。电力电子 产物主要为高功率密度碳化硅二极管、MOSFET 及硅基氮化镓产物。碳化硅二极管 2022H 新开拓客户 518 家，出货客户跨越 180 家，跨越 60 种产物已进入量产阶段，在 服务器电源、通讯电源、光伏逆变器、充电桩、车载充电机、家电等细分应用市场标杆 客户实现稳固供货，借助在西欧日韩等国家和区域的手艺和销售结构，已与国际标杆客 户实现战略互助，外洋市场已有所突破。碳化硅二极管已有 2 款产物通过车载认证并送 样行业标杆客户，处于小批量生产阶段。碳化硅 MOSFET 工业级产物已送样客户验证， 车规级产物正配合多家车企做流片设计及测试。在硅基氮化镓产物方面，2022H 完成约 60 家客户工程送样及系统验证，24 家进入量产阶段，产物性能优越。湖南三安长沙项 目已于 2022 年 6 月 23 日焚烧，该项目致力于全产业链的垂直整合，实现从原质推测 器件封装的周全把控，将在产物可靠性、一致性和交付期等方面具有更显著的竞争优势。

　　数据化时代光芯片有望高增，代工市场或将打开

　　在数据化时代，光电器件市场的发展主要来自于消费电子市场的扩宽与通讯领域数据中 心的普遍建设。III-V 族化合物半导体质料具有直接跃迁能带结构，光电转换效率高，如 今已经在生长成熟的 LED、光通讯产业得以运用。半导体激光器在各种激光器中拥有最 佳的能量转化效率，一方面可以作为光纤激光器、固体激光器等多种光泵浦激光器的核 心泵浦源使用，另一方面，随着半导体激光手艺在功率、效率、亮度、寿命、多波长、 调制速率等方面的不停突破，半导体激光器被普遍直接应用于质料加工、医疗、光通讯、 传感、国防等领域。凭证 Laser Focus World 预计，2022 年全球二极管激光器即半导体 激光器与非二极管激光器的收入总额为 184.80 亿美元，其中半导体激光器占总收入的 43%。

　　三安集成光手艺芯片笼罩激光光源和光探测器件，从 1.25G、10G 到 25G，从 850、 940 到 1310nm，三安集成提供多种速率、多种波长的激光光源和光探测芯片代工服务， 包罗高功率 VCSEL、高速率 VCSEL、DFB、EEL，和光探测芯片 MPD、APD、PD、 SPD。

　　光手艺在保持及扩大现有中低速 PD/MPD 产物的市场领先份分外，在附加值高的高端 产物如 10G APD/25G PD、以及 10G/25G VCSEL 和 DFB 发射端产物均已在行业主要 客户通过验证并进入实质性批量供货阶段。2022H PD 出货量稳步上升，量产客户 104 家;VCSEL 出货量快速增进，量产客户 55 家;DFB 发射端产物 2022H 连续放量，25G 1577 DFB 客户需求不停攀升，营收连续增进，2.5G 1310 DFB 最先供货，主要运用于 无缘光纤网络。随着 2022 年三、四序度扩产装备的陆续到厂，产能不停攀升，公司光 手艺的营收能力将进一步增强。

　　投资剖析

　　三安光电作为我国化合物半导体龙头，已往十年在我国 LED 行业中已证实自身壮大的 手艺基因、前瞻的战略决媾和高效的谋划治理能力，完整地履历了 LED 行业从发作、 郁勃到行业竞争加剧、逐步实现名目出清等历程，面临过下游 LED 照明渗透率快速提 升的壮盛时期，也面临过外部环境转变带来的挑战和时机，最终以优胜者姿态林立于全 球 LED 焦点企业之中。

　　在这个历程中，公司在 LED 营业自己化合物质料手艺(如砷化镓、氮化镓、磷化铟、碳 化硅、蓝宝石等)的基础上前瞻结构化合物半导体大平台的建设，2022 年设立三安集 成最先向砷化镓、氮化镓射频产物迈步，并于 2022 年通过安芯基金收购 Norstel 切入 碳化硅衬底，随后逐步生长碳化硅、硅基氮化镓功率半导体营业，2022 年设立泉州三 安进一步扩大化合物半导体平台建设局限和增强整体投资力度，时至今日，三安光电已 成为我国横跨砷化镓、氮化镓、碳化硅、硅基氮化镓、滤波器、光通讯多个偏向的化合 物半导体平台型企业，朝向微波射频、电力电子、光通讯领域大步前行。

　　本文基于三安光电焦点结构的砷化镓、碳化硅基氮化镓、滤波器(射频系统)，碳化硅、 硅基氮化镓(功率系统)和光通讯，对公司营业所在赛道和竞争情形作整体梳理和剖析， 研判公司未来生长远景和营业希望。我们以为，仅思量芯片/晶圆代工层面，公司各项业 务合计 2025 年空间广漠，若进一步思量碳化硅衬底和碳化硅封装以及潜在的模组化能力，公司整体生长空间将进一步扩大。而跟踪公司各项营业希望均有序举行中，砷化镓 营业出货产物周全笼罩 2G-5G 手机 PA、WIFI 等应用领域，海内外客户累计近 100 家， 硅基氮化镓在主要通讯商的引领下已成为三安集成收入的主要支持，滤波器也于克日公 告已进入国际焦点品牌商供应商序列;碳化硅二极管 2022H 新开拓客户 518 家，出货 客户跨越 180 家，跨越 60 种产物已进入量产阶段，工业级 MOSFET 也已向客户送样， 据国家市场监视治理局反垄断局 2022 年 1 月公示的谋划者集中浅易案件显示，北京车 和家汽车科技有限公司(法定代表人为李想)与湖南三安半导体拟配合设立和谋划一家 合资公司，未来有望配合开发碳化硅车规级器件;硅基氮化镓、光通讯等营业也正蓬勃生长。

　　无论是从赛道空间、国产化替换趋势、国家大基金支持，照样公司的产物产能以及客户 资源、导入希望，我们以为，三安光电都是海内甚至全球化合物半导体大市场未来异常 主要的介入者，有望充实受益于我国社会电气化、智能化、国产化的大趋势，而手艺投入、产能建设的资金和工艺壁垒都将苦尽甘来，为公司未来名目的连续向好打下坚实的 基础，化合物半导体龙头的投资价值将随同谋划业绩连续释放。

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