20191105-兴业证券-金属非金属新材料行业深度研究报告：GaAs_GaN：5G时代，执掌主场_23页_1mb

GaAs/GaN材料在5G时代的应用与市场分析

核心内容概览

本报告分析了GaAs和GaN在5G通信领域的重要性，指出其在射频前端器件中的关键作用，并对市场前景、技术挑战及国内企业的现状进行了评估。

主要观点

5G对射频材料的新要求

• 5G方案的频段相对更高、带宽更大，导致路径损耗增加，对射频前端器件材料提出了更高的要求：

  • 禁带宽度更大；
  • 临界击穿电场更高；
  • 热导率更高；
  • 饱和电子速率和电子迁移率更高。

• 5G主要使用两个频段：

  • Sub-6GHz：当前5G建设的首选频段，由于其穿透力强、覆盖广，且产业链成熟，GaAs仍为射频器件的主流材料。
  • 毫米波：未来发展趋势，高频、大带宽、高速率，但存在穿透力弱、路径损耗大等问题，需依赖微基站，届时GaN将逐步替代GaAs。

GaAs/GaN材料特性

• GaAs：禁带宽度为1.42eV，电子迁移率高，适合高频、高功率射频器件，是当前光电子和微电子领域的重要材料。
• GaN：作为第三代半导体材料，具备更宽的禁带宽度、更高的临界击穿电场、更高的饱和电子速率和更优的耐高温、耐腐蚀性能，适合更高功率和更高频率的应用。

GaAs与GaN的应用场景

• GaAs：主要用于Sub-6GHz频段的手机和基站射频器件，以及LED、激光、光伏等光电领域。
• GaN：在高频、高功率应用领域表现突出，如毫米波基站、卫星通信、雷达等，预计在宏基站中将逐步替代LDMOS。

关键信息

市场空间测算

• 手机领域：

  • GaAs PA需求预计从2019年的61.8亿个增长至2023年的127亿个，GAGR达19.8%。
  • 5G手机PA数量显著增加，预计2023年达到10688百万个。
  • GaAs在手机PA市场的份额预计从2019年的74%提升至2023年的88%。

• 基站领域：

  • GaAs射频器件市场规模预计从2016年的4.816亿美元增长至2022年的8.576亿美元，GAGR达10.1%。
  • 基站领域GaAs市场增长尤为显著，预计从0.153亿美元增长至3.707亿美元，GAGR超70%。
  • GaN射频器件市场规模预计从2017年的3.8亿美元增长至2023年的13亿美元，GAGR超过20%，主要增量来自基站应用。

全球竞争格局

• GaAs市场：

  • 全球市场由海外厂商主导，衬底和外延片市场主要由费尔伯格、住友电工、AXT等公司占据94%的市场份额。
  • 中国主要在低端LED市场占优，高端市场仍依赖进口。

• GaN市场：

  • 属于新兴市场，技术发展较快，海外厂商如Cree、Qorvo、MACOM等占据主导地位。
  • 中国已具备GaN材料、外延、工艺加工等完整产业链，部分产品达到国际领先水平。

A股相关公司

• 有研新材：

  • 拥有60万片/年的GaAs衬底产能，采用水平单晶生产线，产品均匀性优异。
  • 定位高端LED市场，是全球红外LED用砷化镓基片的主要供应商之一。

• 云南锗业：

  • GaAs单晶片产能为80万片/年（折合4英寸），目前6英寸尚未批量生产。
  • 产品主要销往韩国、福建、台湾等地，GaAs占公司营收比重较小，仅为2.36%。

技术与成本挑战

• GaN衬底技术：

  • 生产工艺复杂，成本高，良率低，目前仍处于起步阶段。
  • 2005年2英寸衬底成本高达2万美元，2015年仍维持在3000美元/片，远高于GaAs。
  • 目前主流GaN外延技术包括GaN-on-SiC和GaN-on-Si，其中GaN-on-SiC更适合高功率应用，但成本仍较高。

• GaAs衬底：

  • 技术成熟，市场集中度高，但热导率较低，散热性差，不适用于高功率毫米波应用。

风险提示

• 5G手机销量低于预期；
• 5G基站建设进展缓慢；
• GaAs在手机PA领域渗透率提升不及预期；
• GaN衬底及外延技术实现重大突破，加速替代GaAs；
• 其他可替代材料实现技术突破，加剧市场竞争。

结论

GaAs和GaN在5G时代仍将是射频器件的主要材料，其中GaAs在Sub-6GHz频段占据主导地位，而GaN在高频毫米波领域具备更大潜力。随着5G推进，GaAs和GaN市场将同步增长，尤其在基站领域。中国在GaAs领域主要集中在低端市场，而GaN产业链已初具规模，未来有望在高端市场占据一席之地。