2022年中国氮化镓行业概览.pdf

400-072-55882022年中国氮化镓行业概览2022 China Gallium Nitride Industry Overview2022 年中国窒化物業界概要报告主要作者：刘冠卓2022/概览标签：第三代半导体、氮化镓、氮化镓器件22022 LeadLeo研究目的&摘要2022 LeadL400-072-5588研究目的本报告为氮化镓系列报告，将梳理中国氮化镓市场应用及竞争情况，对整个行业发展状况做出分析。研究区域范围：中国地区研究周期：2022年8月研究对象：氮化镓行业此研究将会回答的关键问题：（1）氮化镓行业产业链中哪个环节最为关键？（2）氮化镓行业未来的发展趋势？（3）氮化镓行业制造商布局？各自有何竞争优势？随着氮化镓行业应用领域的不断拓展，中国氮化镓行业市场规模不断扩大：市场规模由2017年的78.7亿元提高至2021年的303.1亿元，年复合增长率为40.1%，预计2026年将增长至1029.7亿元。市场现状：第一代半导体功率在100W左右，频率约3GHz；第二代半导体材料频率能达到100GHz，但功率却不足100W；第三代半导体材料功率可达到1,000W，频率接近100GHz，是目前最具发展前景的材料。中国氮化镓行业发展速度较快，国产化水平不断提升，多家中国本土企业已拥有了氮化镓晶圆制造水平；多起融资事件反映了资本市场对氮化镓行业的投资热情及未来前景的持续看好。产业链：氮化镓产业链上游原材料包括氮化镓衬底及氮化镓外延片，原材料成本较高，进口依赖严重；中游为氮化镓器件制造商，经营模式分为设计制造一体、设计和代工厂；下游应用领域广泛。发展趋势：氮化镓器件主要应用于新能源汽车的车载充电器、DC-DC转换器等领域，可在节能70%的同时使新能源汽车充电效率达到98%，增加5%续航，目前已有丰田、宝马等多家汽车厂商入局氮化镓领域。预计2050年全球城市生活垃圾年产量将达到34亿吨，垃圾处理成为难题，等离子体气化技术处理垃圾经济环保，氮化镓材料可帮助等离子体气化技术实现产业化。竞争格局：中国氮化镓行业集中度较为分散，各企业在氮化镓射频器件、功率器件、显示器件等领域竞相发展，竞争格局日益激烈，氮化镓产业链不断完善。中国氮化镓行业相关企业主要集中于东部及东南沿海地区，氮化镓行业属于高新技术产业，有研发投入高、技术先进特点，相关企业多布局于经济较发达省份，其中江苏省氮化镓行业发展最好。摘要32022 LeadL400-072-5588u 名词解释-09u 行业综述-11定义与介绍-12发展历程-13行业背景-14市场现状-15市场规模-16相关政策-17u 产业链分析-19上游：原材料供应商-20中游：氮化镓器件制造商-22下游：应用领域-23u 驱动因素与发展趋势-25驱动观点一：5G通信基站的发展-26驱动观点二：下游消费电子充电器需求大-27发展趋势观点一：拓展新能源汽车应用市场-28发展趋势观点二：拓展垃圾处理应用市场-29u 竞争格局-30企业竞争格局概述-31地区竞争格局概述-32企业推荐一：三安光电-33企业推荐二：英诺赛科-35企业推荐三：海威华芯-37目录CONTENTS42022 LeadL400-072-5588u 方法论-38u 法律声明-39目录CONTENTS400-072-55882022 LeadLeou Terms-09u Overview of Industry-11Definition and Classification-12Development History-13Industry Background-14Market Status-15Market Size-16Investment and Financing Analysis-17u Chain Analysis of Industry-19Upstream：Raw Material Suppliers-20Mid-stream：GaN Producers-22Downstream：Application Situations-23u The Divers and Trends of China Industry-25Divers 1：Development of 5G Communication Base Stations-26Divers 2：Large Demand for Downstream Electronic Chargers-27Trends 1：Expand the Application Market of New Energy Vehicles-28Trends 2：Expand the Waste Treatment Application Market-29目录CONTENTS400-072-55882022 LeadLeou Competition Landscape and Recommended Companies-30Company Competition Landscape-31District Competition Landscape-32Company 1：Sanan Optoelectronics-33Company 2：Innoscience-35Company 3：HIWAFER-37u Methodology-38u Legal Statement-39目录CONTENTS72022 LeadL400-072-5588图表1：氮化镓定义及结构-12图表2：氮化镓制备工艺-12图表3：氮化镓行业发展历程-13图表4：半导体材料发展进程-14图表5：半导体材料物理性能对比-15图表6：氮化镓相关企业融资情况，2021-2022年-15图表7：中国氮化镓行业市场规模及预测，2017-2026年预测-16图表8：氮化镓行业相关政策-16图表9：氮化镓行业产业链图谱-19图表10：氮化镓衬底材料介绍-20图表11：氮化镓衬底代表企业情况介绍-20图表12：氮化镓外延片介绍-21图表13：氮化镓外延片代表企业情况-21图表14：氮化镓器件制造商经营模式-22图表15：氮化镓下游应用介绍-23图表16：半导体行业应用领域-23图表17：氮化镓下游应用领域介绍-24图表18：5G基站数量增长-26图表19：5G基站通信逻辑-26图表20：氮化镓充电器需求大-27图表21：氮化镓拓展新能源汽车应用市场-28图表22：全球城市生活垃圾现状-29图表目录List of Figures and Tables82022 LeadL400-072-5588图表23：氮化镓在垃圾处理中的应用-29图表24：中国氮化镓行业企业竞争格局分析-31图表25：中国氮化镓行业地区竞争格局分析-32图表26：三安广电企业介绍、营业收入及主营业为u结构-33图表27：三安光电核心产业及竞争优势-33图表28：英诺赛科企业介绍、融资情况、主要技术-34图表26：英诺赛科主要产品、竞争优势-34图表27：海威华芯企业介绍、发展历程、主要服务及竞争优势-33图表目录List of Figures and Tables92021LeadL400-072-55882022 LeadLeou氮化镓：化学式为GaN，英文名称为Gallium Nitride，是氮和镓的化合物，属于第三代半导体材料，通常情况下为白色或者微黄色的固体粉末，具有稳定性高、熔点高、坚硬的特点。u碳化硅：是一种无机物，化学式为SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成，属于第三代半导体。u砷化镓：是一种无机化合物，化学式为GaAs，英文名称为Gallium Arsenide，为黑灰色固体，熔点1238。它在600以下能在空气中稳定存在，并且不被非氧化性的酸侵蚀。u禁带宽度：固体中电子的能量是不可以连续取值的，而是一些不连续的能带，要导电就要有自由电子或者空穴存在，自由电子存在的能带称为导带（能导电），自由空穴存在的能带称为价带（亦能导电）。被束缚的电子要成为自由电子或者空穴，就必须获得足够能量从价带跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。u饱和电子漂移速率：在电场比较低的时候，整体电子的漂移速度与电场大小成正比。当电场大到一定值，电子整体的漂移速度不会再增加，达到饱和，这个速度就叫电子饱和漂移速率。u击穿场强：使电介质击穿的电压。电介质在足够强的电场作用下将失去其介电性能成为导体,称为电介质击穿,所对应的电压称为击穿电压。电介质击穿时的电场强度叫击穿场强。u介电常数：介电常数是反映压电智能材料电介质在静电场作用下介电性质或极化性质的主要参数，通常用来表示。不同用途的压电元件对压电智能材料的介电常数要求不同。当压电智能材料的形状、尺寸一定时，介电常数通过测量压电智能材料的固有电容CP来确定。u热导率：是指当温度垂直向下梯度为1/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。u射频前端：射频前端是射频收发器和天线之间的一系列组件，主要包括功率放大器(PA)、天线开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer和Diplexer)和低噪声放大器(LNA)等，直接影响着手机的信号收发。u功率放大器：用于实现发射通道的射频信号放大，目前多使用氮化镓器件。u数模转换器、模数转换器：数模转换器是一种将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量（或参考量）为基准的模拟量的转换器，又称D/A转换器，模数转换器中一般都要用到数模转换器，模数转换器即A/D转换器，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。u车载充电器：车载充电器是指常规通过汽车电瓶（轿车12V,卡车24V）供电的车载充电器，大量使用在各种便携式、手持式设备的锂电池充电领域。uDC-DC转换器：DC/DC转换器是将一个直流电压值的电能转换为另一个直流电压值电能的转换装置，主要由功率模块、驱动模块和控制模块三个部分组成。uHVPE法：在温度为850度温区内放入金属镓，呈液态后，从热璧上层注入氯化氢气体，形成氯化镓气体，后将氯化镓气体传送至衬底，在1,000度至1,100 度温度下与氨气反应，最终生成氮化镓晶体。名词解释102021LeadL400-072-55882022 LeadLeou气相传输法：化学气相传输法就是一种固体或液体物质A在一定的温度下与一种气体B反应，形成气相产物，这个气相反应产物在体系的不同温度部分又发生 逆反应，结果重新得到A。此过程好像一个升华或蒸馏过程，但是在这样一个温度下，物质A并没有经过一个它应该有的有的蒸汽相，所以称为化学气相传输法。u助溶剂法/熔盐法：利用Ga和N的直接反应，波兰科学家开发了高压溶液法(HPNS)生长GaN晶体，通过增加温度(16002000K)和压力(1520kbar)提高N在Ga熔中的溶解度，实现了小尺寸氮化镓晶体的生长和在HVPE籽晶上的外延生长。u氨热法：氨热法是一种在高温高压（400750，10006000个大气压）从过饱和临界氨中培养晶体的方法，这种方法与水热法生长水晶的技术类似：晶体的培养是在高压釜中进行的。u金属氧化物半导场效晶体（MOSFET）：是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效应管。uGHz：千兆赫兹，简写为“GHz”，是交流电或电磁波频率的一个单位，等于十亿赫兹（1,000,000,000 Hz）。uW：瓦特，英文Watt的缩写，是一种表示功率的单位，常用来指发电机组在额定情况下单位时间内能发出来的电量。uCASA：2015年在国家科技部、工信部、北京市科委的支持下，由第三代半导体相关的科研机构、大专院校、龙头企业自愿发起筹建的第三代半导体产业技术创新战略联盟。uIDM模式：集氮化镓器件的设计、制造、封装和测试等多个产业链环节于一身，设计、制造各环节协同优化，有助于充分发掘技术潜力；能有条件率先实验并推行新技术。uFabless模式：只负责氮化镓器件的电路设计与销售，将生产、测试、封装等环节外包，资产较轻，初始投资规模小，创业难度相对较小；企业运行费用较低，转型相对灵活。uFoundry模式：只负责制造、封装或测试的其中一个环节，不负责设计，可以同时为多家设计公司提供服务，无需承担由于市场调研不准、产品设计缺陷等因素带来的决策风险。u二噁英：是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，常以微小的颗粒存在于大气、土壤和水中，主要的污染源是化工冶金工业、垃圾焚烧、造纸以及生产杀虫剂等产业。u碳化硅基氮化镓HEMT：氮化镓HEMT是在能够形成二维电子气（2DEG）的异质结上用类似于MESFET的工艺制成的一种场效应晶体管,因此也称为异质结场效应晶体管（HFET）。u洁净度：空气环境中空气所含尘埃量多少的程度，在一般的情况下，是指单位体积的空气中所含大于等于某一粒径粒子的数量。含尘量高则洁净度低，含尘量低则洁净度高。名词解释112022 LeadL400-072-5588第一部分：行业综述主要观点：p 氮化镓化学式为GaN，是氮和镓的化合物，属于第三代半导体材料，晶体结构通常为纤锌矿结构，制备工艺中应用最为广泛的是HVPE工艺。p 氮化镓行业早期在实验室范围内研究，应用领域尚未明确；1998年后，研发进程从实验室向美国、日本高新技术企业转变，应用领域得到拓展；2013年后，中国企业实现了氮化镓产业链的全覆盖。p 第一代半导体功率在100W左右，频率约3GHz；第二代半导体材料频率能达到100GHz，但功率却不足100W；第三代半导体材料功率可达到1,000W，频率接近100GHz，是目前最具发展前景的材料。p 中国氮化镓行业发展速度较快，国产化水平不断提升，多家中国本土企业已拥有了氮化镓晶圆制造水平；多起融资事件反映了资本市场对氮化镓行业的投资热情及未来前景的持续看好。p 随着氮化镓行业应用领域的不断拓展，中国氮化镓行业市场规模不断扩大：市场规模由2017年的78.7亿元提高至2021年的303.1亿元，年复合增长率为40.1%，预计2026年将增长至1029.7亿元。p“十四五”期间，国家要求推动碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展，并提出实现650V电压等级国产氮化镓材料和功率器件的规模化生产；申请发明专利10件，指定国家或行业标准2项的具体要求。122022 LeadL400-072-5588氮化镓行业综述定义与介绍氮化镓定义及结构氮化镓化学式为GaN，是氮和镓的化合物，属于第三代半导体材料，晶体结构通常为纤锌矿结构，制备工艺中应用最为广泛的是HVPE工艺来源：陈蓉娜氮化镓的化学气相沉积法制备及其光学性能研究，头豹研究院q氮化镓化学式为GaN，英文名称为Gallium Nitride，是氮和镓的化合物，属于第三代半导体材料，通常情况下为白色或者微黄色的固体粉末，具有稳定性高、熔点高、坚硬的特点。q氮化镓有三种晶体结构，分别为纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿，其中六方纤锌矿结构是稳态结构，存在形式最为广泛，立方闪锌矿是亚稳态结构，立方岩盐矿结构只有在极端高压情况下才会出现。纤锌矿结构的氮化镓是六角晶胞结构，即每个晶胞中含有6个氮（N）原子和6个镓（Ga）原子。晶格常数有a和c两个，a=0.3189nm，c=0.5185nm。纤锌矿结构的氮化镓存在两套米牌子晶格，分别仅包含Ga原子或仅包含N原子，这些原子沿c轴相互错开5/8c（c为晶格常数）。氮化镓晶圆制备工艺制备方法优点缺点气相法HVPE法工艺简单；生长速度快；厚层GaN缺陷密度小无法生长量子阱和超晶格结构气相传输法设备简单、经济效应高氮化镓晶体质量差；技术不够完备熔体法HNPS法单晶质量高需要高温高压环境；对设备要求苛刻，温度、压力控制非常复杂助溶剂法/熔盐法压力要求较低成核密度大，难以生长出大块单晶氨热法生长温度低生长速率慢，难以得到高纯度材料q目前氮化镓晶圆的制备工艺中，应用最广泛的是HVPE工艺，具有操作简单，生长速度快的优点。HVPE法是指在温度为850度温区内放入金属镓，呈液态后，从热璧上层注入氯化氢气体，形成氯化镓气体，后将氯化镓气体传送至衬底，在1,000度至1,100 度温度下与氨气反应，最终生成氮化镓晶体。纤锌矿结构闪锌矿结构岩盐矿结构132022 LeadL400-072-5588氮化镓行业综述发展历程氮化镓行业早期在实验室范围内研究，应用领域尚未明确；1998年后，研发进程从实验室向美国、日本高新技术企业转变，应用领域得到拓展；2013年后，中国企业实现了氮化镓产业链的全覆盖q1969年，日本科学家Maruska等人采用氢化物气相沉积技术在蓝宝石衬底表面沉积出了氮化镓薄膜，但质量较差q1986年，赤崎勇和天野浩研制出了高质量氮化镓薄膜，并于1989年在全球首次研制出了PN结蓝光LEDq1992年，中村修二以双异质结构代替PN结，研制出高效率GaN蓝光LED历史事件萌芽期（1969-1997年）扩张期（1998-2012年）发展期（2013年至今）阶段表现q早期氮化镓研究仅限实验室范围，氮化镓属于人工合成材料，研发难度大，发展进程缓慢q应用领域尚未明确，未实现商业化来源：头豹研究院发展阶段q1998年，美国Cree公司开发出首个碳化硅基GaN高电子迁移率晶体管，从此LED照明开始商业化q2008年，氮化镓金属氧化物半导场效晶体（MOSFET）得到推广q2009年，EPC公司推出第一款商用增强型氮化镓（eGaN）晶体管；q2010年，日本住友日本住友、日立等公司实现氮化镓衬底材料尺寸突破及进一步产品化q2013年，中国科技部发布863计划，将第三代半导体产业列为战略发展产业q2021年，中国“十四五”计划明确提出要发展碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体材料q中国本土企业海威华芯建立6英寸氮化镓半导体晶圆生产线，英诺赛科建立建立8英寸硅基氮化镓晶圆量产线q氮化镓的研发进程逐渐从实验室向高新技术企业转变，但主要集中于美国、日本公司q企业使得氮化镓材料实现了商业化，并得到应用推广；同时，氮化镓材料的应用领域也开始由最初的LED照明拓展到电力电子和射频电子领域q中国不断出台相关政策鼓励扶持，氮化镓在中国发展受到重视q中国企业实现了氮化镓产业链的全覆盖，全球范围内氮化镓厂商不断增多，商业应用更加广泛氮化镓行业发展历程1969年，日本科学家沉积出氮化镓薄膜。1969年至1997年是氮化镓材料的萌芽期，该阶段氮化镓研究仅限实验室范围，研发难度大，发展进程较为缓慢，且氮化镓尚未实现商业化。1998年至2012年，氮化镓的研发进程逐渐从实验室向高新技术企业转变，但主要集中于美国、日本公司，同时氮化镓材料实现了商业化，应用领域由LED照明拓展到电力电子和射频电子领域。2013年之后，全球范围内氮化镓厂商不断增多，中国企业也实现了氮化镓产业链的全覆盖。142022 LeadL400-072-5588氮化镓行业综述行业背景半导体材料发展进程第一代半导体功率在100W左右，频率约3GHz；第二代半导体材料频率能达到100GHz，但功率却不足100W；第三代半导体材料功率可达到1,000W，频率接近100GHz，是目前最具发展前景的材料来源：专家访谈，头豹研究院第一代半导体功率在100W左右，频率约3GHz，多应用于低压、低频、低功率的功率器件和集成电路中。q20世纪50年代，以硅、锗为代表的第一代半导体材料制成的二极管和晶体管取代了传统的电子管，使得集成电路产业及微电子产业迅速发展。硅基半导体是目前应用最为广泛的半导体材料，使用率在95%左右。功率在100W左右，频率约3GHz，多应用于低压、低频、低功率的功率器件和集成电路中。硅（Si）、锗（Ge）氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）q 产业链成熟，成本较低q 主要应用于低压、低频、中低功率的晶体管和探测器中，是目前半导体器件和集成电路的主要制造材料q 高频性能较好，广泛应用于卫星通信、移动通信和GPS导航等领域q 资源较为稀缺，使用成本较高，且材料具有毒性，不够环保q 性能优异，可满足电力电子技术对高温、高功率、高压、高频等多种恶劣工作条件的要求q 目前多个领域开始逐步使用第三代半导体材料，发展前景广阔代表材料特点材料性质直接带隙，电子迁移率更高，但砷化镓材料具有毒性，对环境危害较大禁带宽度大，击穿电场高，热导率高，电子饱和速率高，抗辐射能力强间接带隙，带隙宽度较窄，饱和电子迁移率较低半导体材料砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）第二代半导体材料频率能达到100GHz，但功率却不足100W，多应用于发光二极管等领域。q20世纪90年代开始，硅材料的物理性能瓶颈开始凸显，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代化合物半导体材料开始发展。与硅材料相比，砷化镓材料电子迁移速率更高，频率能达到100GHz，但功率却不足100W，多应用于发光二极管和通信器件领域。第三代半导体材料功率可达到1,000W，频率接近100GHz，是目前最具发展前景的材料。q近年来，以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料兴起，其最大特点为禁带宽度大。同时，在介电常数、导热性等多个指标中表现优异，功率可达到1,000W，频率接近100GHz。第三代半导体材料是最具发展前景的半导体材料，但目前渗透率较低，碳化硅渗透率3.75%，氮化镓渗透率1%。第一代半导体（渗透率近95%）第三代半导体（渗透率近5%）第二代半导体（渗透率1%）152022 LeadL400-072-5588012345主要半导体材料物理性能对比SiGaAsSiCGaN高温高温高压高频氮化镓行业综述性能介绍半导体材料物理性能对比氮化镓材料临界电场强度、禁带宽度、饱和电子漂移速率、最高工作温度等指标表现优异，具有耐高温、耐高压、高功率的特点来源：王晓敏GaN基HEMT及其光电集成器件性能研究，头豹研究院q禁带宽度、饱和电子漂移速率等性能是衡量半导体材料性能高低的重要因素。禁带宽度越长的材料，泄漏电流越少，功耗损失越小，功率越高。电子漂移速率越大的材料，导通电阻越低，功率损耗越小。介电常数越低的材料，越不易被击穿，更耐高电压环境。击穿场强越高的材料，耐高压特性越强。热导率和最高工作温度越大的材料，越耐高温，散热要求越低。硅（Si）砷化镓（GaAs）磷化铟（InP）碳化硅（SiC）氮化镓（GaN）禁带宽度（eV）1.11.41.33.23.4饱和电子漂移速率（cm/s）1.0*1071.0*1072.0*1072.2*1072.7*107介电常数11.913.110.810.19击穿场强（MV/cm）0.30.40.53.53.3热导率 W/(cm K)1.50.50.74.91.3最高工作温度 （）175350未确定600800q导热系数和最高工作温度越大代表材料越耐高温，临界电场强度和禁带宽度越大代表材料越耐高电压环境，饱和电子漂移速率高代表材料频度高。在多种版代替材料中，氮化镓材料临界电场强度、禁带宽度、饱和电子漂移速率、最高工作温度等指标表现优异，具有耐高温、耐高压、高功率的特点。162022 LeadL400-072-5588氮化镓行业综述市场现状中国氮化镓晶圆制造产线及氮化镓产能情况中国氮化镓行业发展速度较快，国产化水平不断提升，多家中国本土企业已拥有了氮化镓晶圆制造水平；多起融资事件反映了资本市场对氮化镓行业的投资热情及未来前景的持续看好来源：CASA，公开新闻整理，头豹研究院q截至2021年底，中国已有应用在电力电子和射频领域的氮化镓晶圆产线各10条，多家中国本土企业已拥有了氮化镓晶圆制造水平。q2019年至2020年，中国氮化镓外延及器件产能情况大幅提升，产业链各环节产能均增长，市场供给持续上涨。中国氮化镓行业发展速度较快，国产化水平不断提升。q2021年至2022年，氮化镓行业发生多起融资事件，且融资金额大，投资机构参与方众多。反映了资本市场对氮化镓行业的投资热情，以及对氮化镓行业未来前景的持续看好。2021年至2022年融资事件中，英诺赛科融资金额最大、融资轮次最为靠后，英诺赛科作为行业领先企业，技术发展较为成熟，实现了氮化镓产业链的全覆盖，因此最受到资本市场青睐。企业名称融资时间融资轮次融资金额投资机构芯元基2021-04B轮逾1亿元张江浩成、自贸区基金、浦东新产投、创徒丛林能华微电子2021-12C轮 数亿元中信证券投资、金石投资、越秀产业基金等9家承芯半导体2022-01A轮逾10亿元中网投、武岳峰资本领投，中金资本、和诺资本等14家跟投英诺赛科2022-02D轮 30亿人民币钛信资本领投，毅达资本、海通创新资本、中比基金等6家跟投晶湛半导体2022-03B+轮数亿元歌尔微电子领投，高瓴创投、惠友资本等10家跟投镓未来2022-05A+轮近亿元顺为资本、高瓴创投、盈富泰克联合投资氮化镓行业相关企业融资情况，2021-2022年应用环节产线状态产线数量主要企业GaN电力电子已有+在建10条英诺赛科、赛微电子、华润微、能华微电子、宁波海特创电控、三安光电GaN射频已有+在建10条 中电科13所、中电科55所、三安光电、苏州能讯、海威华芯、北京华通芯、正威集团、立昂微、吴越半导体、成都新兴中微科技20 19 10 8 28 22 20 16 0 30 6英寸硅基氮化镓外延6英寸硅基氮化镓器件4英寸碳化硅基氮化镓外延4英寸碳化硅基氮化镓器件20192020中国氮化镓行业产能情况，2019-2020年单位：万片172022 LeadL400-072-5588来源：专家访谈，CASA，头豹研究院氮化镓行业综述市场规模随着氮化镓行业应用领域的不断拓展，中国氮化镓行业市场规模不断扩大：市场规模由2017年的78.7亿元提高至2021年的303.1亿元，年复合增长率为40.1%，预计2026年将增长至1,029.7亿元q随着氮化镓行业的应用由LED领域不断向消费电子、5G基站等领域拓展，中国氮化镓行业市场规模不断扩大：市场规模由2017年的78.7亿元提高至2021年的358.3亿元，年复合增长率为40.1%，预计2026年将增长至1,029.7亿元，年复合增长率为27.7%。q2017年至2021年，氮化镓行业发展较快，主要的市场规模增长点在于消费电子电源与5G基站。氮化镓充电器具有充电速度快、体积小重量轻的特点，且随着苹果等消费电子厂商宣布不再提供充电器，氮化镓功率器件市场发展迅速。5G基站方面，氮化镓放大器可增强信号覆盖范围，氮化镓射频器件随着5G基站的大规模建设而迅速发展。q2022年后，随着氮化镓在新能源汽车应用渗透率提升，及在垃圾处理领域等应用的拓展，市场规模将持续增长。未来氮化镓功率器件及射频器件增长率较高，主要原因是氮化镓充电器的持续发展以及未来氮化镓在新能源汽车领域的拓展应用，进一步增加氮化镓行业的市场规模。中国氮化镓行业市场规模及预测，2017-2026年预测头豹洞察光电器件57.5 98.2 157.5 187.0 212.2 271.9 317.8 416.4 487.5 617.8 功率器件9.2 13.7 15.7 14.0 17.6 30.5 44.4 62.0 96.0 158.4 射频器件12.1 24.5 48.6 66.1 73.3 97.5 126.7 162.2 202.8 253.5 201720182019202020212022E2023E2024E2025E2026E0 200 400 600 800 1,000 1,200 136.3221.8786.3267.1303.1399.8489.0640.61,029.7单位：亿元CAGR：27.7%CAGR：40.1%78.7182022 LeadL400-072-5588来源：国务院，工信部，发改委，科技部，头豹研究院氮化镓行业综述相关政策“十四五”期间，国家要求推动碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展，并提出实现650V电压等级国产氮化镓材料和功率器件的规模化生产；申请发明专利10件，指定国家或行业标准2项的具体要求氮化镓行业相关政策政策名称颁布日期颁布主体主要内容及影响长三角G60科创走廊建设方案2021-06科技部、国家发改委等6部门强化区域联动发展，共同打造世界级产业集群。围绕人工智能、集成电路、新材料、新能源汽车等领域，建设若干具有全球竞争力的国家级战略性新兴产业基地，加快培育布局第三代半导体等未来产业。该政策推动长三角地区第三代半导体产业发展，对全国氮化镓企业及聚集地区具有示范作用。产业结构调整指导目录（2021年本）2021-10发改委第一类鼓励类产业中包括：半导体、光电子器件、新型电子元件等电子产品；半导体照明设备，半导体照明衬底、外延、芯片、封装及材料等。氮化镓作为在LED照明领域应用较为广泛的第三代半导体材料，属于该政策鼓励发展的材料。中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要2021-03科技部“十四五”期间，重点瞄准人工智能、量子信息、集成电路等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。推动碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展。面向大数据中心应用的GaN基高效功率电子材料与器件，要求实现650V电压等级国产GaN材料和功率器件的规模化生产；申请发明专利10件，指定国家或行业标准2项。该政策为氮化镓发展提出了明确要求，使得氮化镓行业发展目标更加清晰，生产更加规范。关于印发新时期促成集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策的通知2020-07国务院从财税、投融资、研究开发、进出口、人才、知识产权、市场应用、国际合作等八个方面鼓励引导企业。例如财税方面，对于国家鼓励的集成电路设计、装备、材料、封装、测试企业和软件企业，自获利年度起，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按25%的法定税率减半征收企业所得税。该政策聚焦于具体行业企业，为第三代半导体企业制定了相关优惠政策，直接鼓励了相关企业的发展，同时强调了构建全链条覆盖的关键核心技术研发布局，为产业全面发展打下了基础。重点新材料首批次应用示范指导目录(2019版)2019-12工信部对重点新材料首批次应用给予保险补偿，氮化镓单晶衬底、功率器件用氮化镓外延片被首次纳入目录。该政策将氮化镓相关产品列为重点新材料，并给予补贴，促进了氮化镓相关企业的发展。长江三角洲区域一体化发展规划纲要2019-05国务院面向量子信息、类脑芯片、第三代半导体、下一代人工智能、靶向药物、免疫细胞治疗、干细胞治疗、基因检测八大领域，加快布局一批未来产业。该政策强调了第三代半导体产业的产业发展地位，氮化镓是第三代半导体中的代表材料。192022 LeadL400-072-5588第二部分：产业链分析主要观点：p 氮化镓产业链上游原材料包括氮化镓衬底及氮化镓外延片，原材料成本较高，进口依赖严重；中游为氮化镓器件制造商，经营模式分为设计制造一体、设计和代工厂；下游应用领域广泛。p 碳化硅衬底与氮化镓器件匹配度高，性能好，且成本相对较低，因此受到广泛应用；中国碳化硅衬底本土企业起步晚，全球市占率较低，仅10%左右，但经营状况较好；MOCVD工艺可精确控制外延层特性，可同时生长多片，产量高，是目前应用最广泛的氮化镓外延生长方法；下游氮化镓材料市场需求的上涨带动氮化镓外延片相关企业营业收入、毛利率增长。p 氮化镓行业中游主要为制造商，IDM模式的企业能够充分发掘技术潜力；Fabless模式的企业资产较轻，企业运行费用较低，转型相对灵活；Foundry模式的企业无需承担决策风险。p 氮化镓下游应用中，Mini-LED和Micro-LED应用于显示屏、背光应用等；36%的射频器件应用于无线基础设施中；28%的功率器件应用于消费类电源中。202022 LeadL400-072-5588中游下游应用领域氮化镓器件制造商设计制造一体产业链中游为氮化镓器件制造商，经营模式分为设计制造一体（IDM模式）、设计（Fabless模式）和代工厂（Foundry模式），其中IDM模式占比最大，为80%。IDM模式的企业能够充分发掘技术潜力；Fabless模式的企业资产较轻，企业运行费用较低；Foundry模式的企业无需承担决策风险。衬底原材料供应商上游来源：专家访谈，各企业官网，头豹研究院氮化镓行业产业链分析产业链图谱氮化镓产业链上游原材料包括氮化镓衬底及氮化镓外延片，原材料成本较高，进口依赖严重；中游为氮化镓器件制造商，经营模式分为设计制造一体、设计和代工厂；下游应用领域广泛氮化镓行业产业链图谱氮化镓产业链上游原材料包括氮化镓衬底及氮化镓外延片，原材料成本较高。衬底方面主要采用碳化硅衬底，进口依赖严重，中国厂商市占率仅约10%，外延片方面主要采用金属有机气相化学沉积的生长方法。下游氮化镓器件应用领域广泛。氮化镓射频器件多应用于通讯、国防军工领域；功率器件多应用于新能源汽车、电源转换系统等领域；显示器件主要应用于LED照明领域。外延片设计5G基站LED照明国防军工消费电子航天航空新能源汽车光伏产业代工厂212022 LeadL400-072-5588来源：天岳先进年报，头豹研究院氮化镓行业产业链上游氮化镓衬底材料碳化硅衬底与氮化镓器件匹配度高，性能好，且成本相对较低，因此受到广泛应用；中国碳化硅衬底本土企业起步晚，全球市占率较低，仅10%左右，但经营状况较好氮化镓衬底材料介绍q氮化镓四种衬底材料中，氮化镓自支撑衬底虽然缺陷密度低，外延材料质量好，但成本较高，且技术发展较慢，可量产的尺寸较小。碳化硅衬底与氮化镓器件匹配度高，性能好，且成本相对较低，因此受到广泛应用。q天岳先进是中国碳化硅衬底行业龙头企业。天岳先进碳化硅衬底营业收入逐年递增，由2019年的0.9亿元上涨至2021年的3.9亿元。碳化硅衬底毛利率波动上涨，近三年维持在30%左右的水平。中国碳化硅衬底市场规模虽然较小，但相关企业经营状况良好，未来发展潜力较大。8.5%26.6%34.9%32.8%0%20%40%2018201920202021天岳先进碳化硅衬底毛利率，2018-2021年 单位：%q氮化镓衬底材料可分为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓自支撑衬底四种材料。目前主流氮化镓器件公司采用碳化硅衬底。全球碳化硅衬底市场集中度高，美国在碳化硅衬底领域布局较早，美国企业CREE和-集团占据约60%的市占率。中国本土企业起步晚，市占率较低，仅10%左右。衬底材料可量产的最大尺寸成本热导率（W/cmk）外延材料质量蓝宝石4英寸20美元0.5较好硅（Si）8英寸20美元1.49一般碳化硅（SiC）6英寸1,000美元4.9好氮化镓（GaN）2英寸2,500美元1.3很好0.9 1.9 3.5 3.9 052018201920202021天岳先进碳化硅衬底营业收入，2018-2021年 单位：亿元45%20%13%8%5%3%6%全球碳化硅衬底市占率情况，2021年CREERohm-Showa Denko天科合达天岳先进其他氮化镓衬底代表企业情况介绍222022 LeadL400-072-5588来源：陈凯辉MOVCD技术与GaN材料外延工艺，聚灿光电年报，头豹研究院氮化镓行业产业链上游氮化镓外延片材料MOCVD工艺可精确控制外延层特性，可同时生长多片，产量高，是目前应用最广泛的氮化镓外延生长方法；下游氮化镓材料市场需求的上涨带动氮化镓外延片相关企业营业收入、毛利率增长氮化镓外延片介绍氮化镓外延片代表企业情况外延生长方法工作原理优点缺点液相外延（LPE）由溶液中析出固相物质并沉积在衬底上，从而生成单晶薄层生长设备比较简单，有较高的生长速率；发展较早，技术较成熟尺寸控制质量差、结构复杂度有限气相外延（HVPE）将要外延的衬底装在承片架的反应器上，携带气体将料瓶中的掺杂料携带到反应器的衬底表面，并通过计算使衬底上生长出一定厚度及质量的外延层可制备较厚的外延层；可任意改变杂质浓度、梯度和导电类型要求生长系统具有良好的气密性，否则会因漏气而产生大量的外延缺陷分子束外延（MBE）把热蒸发产生的原子或分子束射到被加热的清洁的衬底上而生成薄膜有能力产生既陡峭而精确的特定掺杂分布的外延层；可以生长出超薄且纯度极高的外延层生长效率较低，系统易被蒸发分子污染导致性能下降，多用于研究领域而无法在商用领域推广金属有机气相化学沉积（MOCVD）以多种元素的有机化合