【三安光电|深度报告】正在崛起的中国化合物半导体巨头
投资要点
当今全球LED绝对龙头加码化合物半导体，国内III-V族龙头加速崛起。三安光电作为全球LED龙头，依托LED外延、芯片外延工艺积淀加速布局化合物半导体产线。2014年5月三安光电投资30亿元成立三安集成，主要从事化合物半导体集成电路业务，已布局完成6寸的砷化镓和氮化镓部分产线。公司目前在全球拥有五大化合物半导体研发中心，拥有数千件从芯片外延制造到全产业的主流专利积累。2015年公司投资30亿进行通讯微电子器件项目建设，项目建成后将形成通讯用外延片36万片/年、通讯用芯片36万片/年的产能。2017年12月公司投资333亿元在福建泉州投资注册成立项目公司，预计全部项目五年内实现投产，七年内全部项目实现达产，产业化项目主要为高端氮化镓及其LED芯片、大功率氮化镓激光器、射频、滤波器的研发与制造等。
化合物半导体性能卓越，高温高频大功率前景光明。相较于硅、锗等第一代半导体材料，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料、以碳化硅及氮化镓为代表的第三代半导体材料拥有更大的禁带宽度和电子迁移率，因此具有在高温高频大功率下工作的优良特性。目前化合物半导体以砷化镓市场份额最高，2017年全球总产值高达88.3亿美元，被广泛应用于无线通信及射频领域。氮化镓凭借优异的高频特性，在通信基站、卫星通信、国防领域应用广泛，2017年射频氮化镓市场规模接近3.8亿美元。碳化硅高压大功率特性优越，在功率器件市场渗透率日渐提升，预计到2020年市场规模将超4亿美元。
PA射频、功率器件、3D sensing下游需求崛起，带动化合物半导体景气上行。手机射频应用是砷化镓元件最大市场，随着砷化镓在PA应用渗透率的提升以及5G时代手机PA个数的大幅增长，预计2020年化合物半导体市场有望增加到440 亿美元。新能源汽车市场的高速增长叠加碳化硅价格的下降给碳化硅在功率半导体市场的增长提供了条件，预计2023年全球碳化硅功率半导体市场将快速成长到13.99亿美元，2017-2023年的市场规模年均复合增长率为29%。iPhone X 引领3D Sensing热潮，加速化合物半导体往消费电子领域的渗透。
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依托 LED芯片外延工艺积淀加速布局化合物半导体
1.1 全球LED龙头，产业覆盖全面
三安光电是具有国际影响力的全色系超高亮度发光二极管外延及芯片生产厂商，总部坐落于厦门，产业化基地分布在厦门、天津、芜湖、泉州等多个地区。三安光电主要从事全色系超高亮度LED外延片、芯片、化合物太阳能电池及Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体等的研发、生产与销售，产品性能指标居国际先进水平。
三安光电目前拥有10000级到100级的现代化洁净厂房，上万台国际最先进的外延生长和芯片制造等设备。公司凭借强大的企业实力，实现了年产外延片2400万片、芯片3000亿粒的生产规模，占到国内总产能的58%以上。2014年，公司进一步扩大和延伸LED产业链建设，在厦门投资新建的LED产业基地和通讯微电子器件项目，使公司的生产规模直接迈入国际顶尖行列，并成为国际上具备规模化生产、研发化合物半导体芯片能力的企业。
三安光电拥有全球最大的LED芯片产能，从市场结构来看，约占全球芯片产能的12%，占中国市场份额的29%，在中国市场上基本具有价格领导者的定价权，毛利高出同行15%-25%。除此之外，电力电子、微波集成电路和光通讯也是三安光电核心产业。
1.2 营业收入高速增长，毛利水平稳步提升
三安光电主营业务是芯片、LED产品，2017年营收占比近85%。从2010年以来，公司的营收及归母净利润保持稳步增长趋势，营业收入从2010年的8.6亿元增加至2017年的83.9亿元，年均复合增长率达38.5%；归母净利润从2010年的4.2亿元增加至2017年的31.6亿元，年均复合增长率达33.4%。
从行业背景上看，2009年10月，发改委联合六部门发布了《半导体照明节能产业发展意见》，提出到2015年，我国的LED产业产值要达到年均复合增长率30%的水平。2010年LED行业再度爆发，产能供不应求，三安光电在此期间大力扩产，抢占市场份额。从2011年开始，全球LED集中扩产叠加行业竞争者数目增加导致LED供过于求，LED价格开始下跌，行业开始重新洗牌，规模较小的LED被清理出局。在此期间，三安光电的营业收入和归母净利润增幅较小。到2015年，行业再次洗牌，三安光电剥离了非LED业务，全力加码外延片产能。到2016下半年LED产能逐渐出清，行业重新整合，公司作为LED龙头，重新走上业绩高速增长车道。
从毛利率和净利率水平上看，公司一直保持极强的盈利能力，由于国家补贴强度较高，公司在2010和2011年净利率超过毛利率，2011-2012行业竞争加剧，公司的毛利率和净利率水平下降到最低点25%附近，行业洗牌后三安光电作为龙头，盈利能力不断增强，2018年第一季度毛利率达到51%的历史新高，净利率也高达50%。
三安光电研发实力雄厚，研发投入保持行业领先水平。公司2016年研发费用4.4亿，占营收比例7%，2017年研发费用5.3亿，占营收比例6.3%。公司目前已经拥有1400多项专利。企业研发人员占比达到员工总人数的15.2%，近年来，公司还聘用了2014年诺贝尔物理奖获得者天野浩教授作为技术中心的特聘专家，为企业研发及产业化进程中的技术疑问、技术思路、技术创新体系建设等各方面进行指导。2015年公司的“氮化镓基紫外与深紫外LED关键技术”获国家科技进步奖二等奖，2010年“用于TFT-LCD背光源的超高亮度LED芯片产业化”获国家工信部信息产业重大技术发明奖。
1.3 公司愿景：成为世界级化合物半导体研发、制造与服务公司
2014年5月26日厦门市三安集成电路有限公司注册成立，该项目总规划用地281亩，总投资额30亿元，为福建省2014-2018重大工业项目、厦门市2015年重点项目，属于国家扶持的战略性新兴产业。三安集成主要从事化合物半导体集成电路业务，涵盖PA射频、电力电子、光通讯和滤波器等领域的芯片，已布局完成6寸的砷化镓和氮化镓部分产线，产品应用包括2G、3G、4G手机应用的功率放大器、无线网用的功率放大器、基站应用、低噪声放大器、及其它无线通讯应用单元等。三安集成于2015年10月开始进行试产，量产后将成为中国具备规模化研发、生产化合物半导体芯片能力的公司。
2014年6月，厦门市三安集成电路有限公司通讯微电子器件（一期）项目获批，同年8月，通讯微电子器件项目基建工程开工。2015年初，通讯微电子器件项目被确定为厦门市2015年重点在建项目，同年6月15日，国家集成电路产业投资基金将投资48.4亿购买三安集团转让上市公司9.1%股份，成为三安第二大股东。同时，三安集团、三安光电与华芯投资和国开行签订《关于投资发展集成电路产业之战略合作协议》，签订单位建立战略合作关系。同年7月，三安集成电路第一台主设备——芯片激光切割机顺利搬迁进入芯片无尘车间。三安集成电路第一套多项目晶圆光罩送交制造。2016年4月，三安集成与是德科技达成战略合作伙伴协议，共同进行pHEMT和HBT工艺流程的PDK开发，同年三安集成通过ISO9001和QC080000认证。2017年，三安集成HBT工艺通过客户产品认证，2018年通过ISO27001信息安全管理体系认证。
三安光电在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料方面主要集中于第二代半导体砷化镓和第三代半导体氮化镓，其研究的砷化镓高速半导体芯片主要应用于微电子，包括无线通信，光纤通信，汽车等领域；而氮化镓的高功率半导体芯片定位在高端产业，如电源管理（电源管理模块，用于电子产品，例如笔记本，平板电脑，电话），电动汽车，太阳电池，和电信基站。
三安集成为迅速提高公司技术水平，拓展销售渠道，提升产品市场占有率，在全世界成立了五大研发中心，分别为美国洛杉矶和波士顿的光通领域研发中心以及大功率照明研发中心，北欧的碳化硅衬底制造和研发中心，日本东京的射频前端滤波器制造和研发中心，最大的研发中心位于厦门。
目前，三安集成产品已获得部分客户认证通过，进入小量产阶段，产量已在逐月累加。并且公司已开始拓展国外客户，正积极沟通，争取早日获得国外客户认证通过，尽早进入供应链。三安集成主要从事化合物半导体集成电路项目的研发、生产、销售，已有多家客户参与试样验证，已有多家客户参与试样验证，参与的客户设计案263个,有19个芯片已通过性能验证，有部分客户已开始出货,后续设备也将会逐步采购并投入生产。
公司拥有Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体技术顶尖人才组成的技术研发团队，掌握的产品核心技术达到国际同类产品的技术水平，研发能力已达到国际先进水平。承担并顺利完成了国家“十五”、“十一五”科技攻关项目、国家“863”计划项目、国家“973”计划项目、国家科技部火炬计划、信息产业部重点招标项目和国家发改委产业升级专项等。公司科研项目先后通过国家科技部组织的技术成果鉴定，并且公司充分发挥技术优势，加强钻研，积极开拓半导体芯片的应用领域，从事的半导体集成电路6英寸外延、芯片业务填补了国内空白，参与项目竞标获批国家科技重大专项、重点研发计划等国家项目。截止目前，公司在化合物半导体领域拥有数千件从芯片外延制造到全产业的主流专利积累，知识产权保护体系得到了持续有效建设，为公司销售渠道提供了坚实的保障。
三安主流量产的工艺为HBT和PM的工艺，主要应用于终端小功率的器件应用，未来公司会持续往前演进，继续开发0.1微米的产品。另外，主要应用于大功率的基站部分的0.45微米的氮化镓以及0.25微米的氮化镓基础工艺目前已经接近量产。这个领域是目前整个业界相对的短板，从材料制造到芯片工艺制成，三安与国外竞争厂商的差距不断缩小，很快会拥有自主可控的制造能力，预计在2019年第三季度完成基于磷化铟的射频功放的应用。
2015年，三安光电非公开发行不超过1.57亿股，募集资金总额不超过35.1亿元，非公开发行股票募集资金总额扣除发行费用后将依次用于通讯微电子器件（一期）项目和厦门光电产业化（二期）项目。
通讯微电子器件（一期）项目总投资30亿元，其中固定资产投资24.3亿元，流动资金5.7亿元，其中使用募集资金投入不超过16亿元，全部用于本项目固定资产建设。该项目由厦门市三安集成电路有限公司实施，项目建成后将形成通讯用外延片36万片/年（以6英寸计算）、通讯用芯片36万片/年（以6英寸计算）的产能。
为实现公司发展战略目标，做大做强做精主业，充分发挥公司产业协同效应，丰富公司产品类别，大力提升公司产品附加值，延伸公司产业链，2017年12月，公司决定在泉州南安投资333亿元建设7个产业化项目，全部项目五年内实现投产，七年内全部项目实现达产，经营期限不少于25年。福建省泉州市人民政府和福建省南安市人民政府将给予一系列政策支持。该项目主要从事：高端氮化镓LED衬底、外延、芯片的研发与制造产业化项目；高端砷化镓LED外延、芯片的研发与制造产业化项目；大功率氮化镓激光器的研发与制造产业化项目；光通讯器件的研发与制造产业化项目；射频、滤波器的研发与制造产业化项目；功率型半导体（电力电子）的研发与制造产业化项目；特种衬底材料研发与制造、特种封装产品应用研发与制造产业化项目。
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化合物半导体性能卓越，高温高频大功率前景光明
2.1 化合物半导体应用领域广泛，在新兴市场具有不可替代性
半导体材料的种类繁多，无论是单质或是化合物，还是无机物或有机物，都可以作为半导体材料。从化学式上来看，半导体材料可分为单质半导体及化合物半导体两大类，单质半导体包括硅（Si）、锗（Ge）等，化合物半导体包括砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等。
半导体在过去主要经历了三代变化，20世纪60年代以硅、锗为代表第一代半导体材料取代了笨重的电子管，带来了以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃。20世纪90年代以来，随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料开始崭露头角。随着半导体器件应用领域的不断扩大，特别是特殊场合要求半导体能够在高温、强辐射、大功率等环境下性能依然保持稳定，以SiC及GaN为代表的宽禁带材料为第三代半导体材料关注度日益提升。预计到2020年左右，化合物硅衬底亦开始崭露头角，未来将形成硅半导体、化合物半导体、化合物硅衬底三分天下的行业格局。
第二代和第三代半导体，相比于第一代半导体硅而言，在价格方面没有优势，但第三代半导体具有高频、耐高温等更为优越的性能，因此第二代与第三代半导体应用也更为广泛。
在高频领域，传统硅制程由于存在高频损耗、讯号隔离度不佳等物理性特征，使其在功率放大器（PA）以及射频开关（RF Switch）的应用始终无法与GaAs高速半导体器件匹敌。GaAs功率放大器在高功率传输领域展现的优异的、不可替代的物理性能优势，使得砷化镓高速半导体器件产品越来越广泛应用于手机电话、无线局域网络、光纤通讯、卫星通讯、卫星定位、GPS汽车导航等领域。预计在未来较长的期间内，GaAs高速半导体器件将在通讯市场占据重要地位。由于GaN高功率半导体器件具有低导通损耗、高电流密度等优异的物理特性，使得通讯系统可显著减少电力损耗和散热负载，运作成本可以大幅降低。同时，GaN高功率半导体器件也开始应用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等领域。
在大功率领域，传统硅制程由于存在低崩溃电压、低输出功率等物理性特征，使得在风力发电、高铁电力系统及高压输电领域性能表现远不及SiC。SiC因其在高温、高压、高频等条件下的优异性能表现，成为当前最受关注的半导体材料之一，在交流-直流转换器等电源转换装置中得到大量应用，目前整个SiC行业仍处于发展初期。
化合物半导体的制备与硅半导体的制备工艺类似，其主要不同体现在晶圆的制造上。硅半导体采用直拉法生长成一个圆柱型的单晶硅棒，对单晶硅棒进行切割制成晶圆；而化合物半导体则是在GaAs、InP、GaP、蓝宝石、SiC等化合物基板上形成薄膜（外延层），对所形成的外延层继续加工，便可实现特定的器件功能。化合物基板上生长的外延层厚度一般为0.05毫米至0.2毫米。
对于外延工艺，目前最常见的方法是金属有机化合物化学气相沉淀（MOCVD）和分子束外延（MBE）。MOCVD是一种在传统气相外延的基础上发展起来的新技术。以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长原材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V主族、II-VI副族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。MOCVD本质上是利用化学反应进行外延层生成，以磷化铟MOCVD工艺过程为例，其包含了两种化学反应，第一，三甲基铟与接触面反应，将三甲基铟亚分子附着于接触面；其次是三氢化磷与三甲基铟亚分子反应，生成磷化铟和甲烷。在化合物半导体的外延工艺中，MOCVD是目前市面上最常见的技术，其技术相对成熟，设备成本较低，兼容性好，可控性较高，被广泛的应用于砷化镓，磷化铟、氮化镓等化合物半导体的外延长晶工艺中。
MBE本质上是一种物理反应，是将半导体衬底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中，分别加热到相应温度的各元素喷射出的分子流能在上述衬底上生长出极薄的单晶体和几种物质交替的超晶格结构。与MOCVD相比，MBE的精度及可控性更高，晶体生长可以精确到层。然而，其设备相比MOCVD而言也更为昂贵且长晶过程十分缓慢。MBE适用于对精度要求极高（纳米级）的外延生长，多用于实验室级别的高精尖的硅锗合金、砷化镓、氮化镓等化合物半导体外延层的生长，在大规模商业生产中的应用尚不及MOCVD普遍。
由于化合物半导体晶圆制造工艺复杂，因此相较于目前常见的硅片尺寸（8英寸、12英寸），化合物半导体晶片尺寸较小，目前主流的尺寸依旧集中在4英寸和6英寸，主要由于化合物半导体晶片加工工艺要远高于硅晶片。
2.2 砷化镓，市场规模最大的化合物半导体，手机PA的基石
砷化镓（GaAs）是一种重要的半导体材料，属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体，闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10^(-10)m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。GaAs可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。用GaAs制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。GaAs是半导体材料中,兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件。
GaAs作为最成熟的化合物半导体之一，是每部智能手机中功率放大器（PA）的基石。2018年，预计GaAs射频业务占据GaAs晶圆市场份额超过50%。由于手机市场逐渐趋于饱和，并且芯片尺寸越来越小，所以近几年GaAs射频市场增速放缓。随着通信技术从4G到5G的演变，由于GaAs具有载波聚合和多输入多输出技术所需的高功率和高线性度，GaAs仍将是6 GHz以下频段的主流技术。除此之外，GaAs在汽车电子、军事领域方面也有一定的应用。
根据Strategy Analytics数据，2017年全球砷化镓元件市场（含IDM厂之组件产值）总产值约为88.3亿美元，创历史新高，相较2016年的81.9亿美元同比增长7.8%。其中Skyworks和Qorvo市占率最高，两者总计占据了55%以上的市场规模。此外，若以砷化镓晶圆代工巿场而言，2017年代工市场规模为7.3亿美元，其中稳懋半导体2017年年市占率为72.7%，为全球第一大砷化镓晶圆代工半导体厂商。
砷化镓产业最上游为基板，其次为关键材料砷化镓磊晶圆，包括MOCVD及MBE砷化镓磊晶技术，至于中游为晶圆制造及封测等，整个产业除晶圆制造外，设计与先进技术主要仍掌握在国际IDM大厂，下游则为手机，无线区域网路制造厂以及无线射频系统商砷化镓产业的相关供应链如下表所示：
2.3 氮化镓、碳化硅市场增长迅速，应用前景广阔
氮化镓（GaN）是未来最具增长潜质的化合物半导体，与GaAs和InP等高频工艺相比，氮化镓器件输出的功率更大；与LDCMOS和SiC等功率工艺相比，氮化镓的频率特性更好。由于二维电子气电子（2DEG）限制使得GaN HEMT漏极电流密度可以达到硅器件的10倍，因此GaN HEMT已经成为未来较大基站功率放大器的候选技术。根据Yole的相关研究显示，大多数低于6 GHz的基站将使用RF GaN功率器件，因为LDMOS不能再在如此高的频率范围上继续工作，同时GaAs对于高功率应用来说并不是最佳的。国防市场是过去几十年来RF GaN技术发展的主要动力，目前美国国防部的GaN器件已经在新一代天线和地面雷达中得到实施。其高功率能力提高了雷达的检测范围和分辨率。
为了应对2.4GHz以上频段Si器件工作效率快速下降的问题，4G通信基站开始使用GaN功率放大器。目前约10%的基站采用GaN技术，占GaN射频器件市场的50%以上。未来5G通信频率最高可达85GHz，是GaN发挥优势的频段，使得GaN成为5G核心技术。全球每年新建约150万座基站，未来5G网络还将补充覆盖区域更小、分布更加密集的微基站，对GaN器件的需求量将大幅增加。
RF GaN场在过去几年中经历了令人瞩目的增长，并已经改变了RF功率行业。根据Yole数据，2015年全球GaN市场规模为2.98亿美元，主要应用领域为无线基础设施、国防军工、有线电视系统等，其中无线基础设施和国防军工占去90%。截止2017年底，整个RF GaN市场规模接近3.8亿美元。预计到2022年RF GaN市场可达7.55亿美元，无线基础设施应用占比将进一步提高至近60%。
三安光电凭借技术与工艺，在GaN器件的关键供应商中占有一席之地。经过几十年的发展，GaN技术现在可以跨越不同的应用领域。领先的公司包括住友电工(Sumitomo Electric)，Wolfspeed(Cree)，Qorvo以及其他美国，欧洲和亚洲的参与者。化合物半导体不同于传统的硅基半导体工业，外延工艺比传统的硅工艺更重要，因为它影响了化合物半导体质量，对器件的可靠性影响很大，于是工艺流程强大、拥有内部生产能力，且拥有技术壁垒的企业能够在行业中保持领先地位。三安光电与GCS合作，在GaAs与GaN射频器件的供应领域取得一定的行业地位。
在功率器件方面，目前氮化镓器件市场最初集中在200V以下的市场，包括电源与音频放大器等，从2014年开始，600V市场占比迅速提升，目前氮化镓已经逐步往更高的电压渗透。但是一方面，在理论上由于氮化镓能带结构的关系，其中载流子的有效质量较大，输运性质较差，则低电场迁移率低，高频性能差，另一方面，现在用异质外延（以蓝宝石和SiC作为衬底）技术生长出的GaN单晶，还不太令人满意，因此在高压领域碳化硅的应用更为常见。碳化硅被广泛用于制造高温、高压半导体，同时在太阳逆变器、电机控制器等中压领域也有着较好的应用。根据Yole预测，未来在2020年左右600-900V的中低压领域GaN功率半导体与SiC功率半导体将会迎来应用上的竞争。
2014年，SiC功率半导体市场规模约为1.6亿美元，到2020年，其市场规模预计将超过4亿美元，这期间的年均复合增长率预计将达22%。氮化镓的增长更为明显，从2014-2020年年复合增长率高达95%，行业将会发生突飞猛进式的大跨越。此外IHS公司也曾指出，受到混合和电动汽车、光伏(PV)逆变器和其他应用对电力供应需求增长的激励，全球SiC和GaN功率半导体新兴市场在未来10年增长17倍，从2013年的1.5亿美元增长到2023年的25亿美元。
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下游三大需求集中爆发带动化合物半导体高速增长
根据中国产业信息网数据，2020年化合物半导体的市场规模将达440亿美元，复合年增率达12.9%，增速大幅超过整个半导体产业。除LED应用外，5G通讯基站、汽车电子等应用需求是推动化合物半导体成长的主要动力。
3.1 4G普及和5G落地，驱动化合物半导体射频市场高速增长
射频前端是智能手机的射频收发机和天线之间的功能区域，主要由功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、开关、双工器、滤波器和其他被动元器件组成。化合物半导体在其核心器件包括PA、LNA、滤波器、射频开关等的应用与发展中都扮演着重要的角色。
智能手机射频前端市场需求空间巨大，市场规模增长迅速。根据Yole Developpement统计和预测，智能手机射频前端的市场规模在2016年达到100亿美元，预计2022年市场规模将超过228亿美元，年均复合增长率达到14%。迅速增长的市场规模预示着智能手机射频前端市场空间的广阔，同时智能手机射频前端的增长也将会带动对上游化合物半导体需求的增长。
在射频前端模块的细分品类中，各类器件的市场规模都将有不同程度的增长。其中，滤波器市场规模最大，从2016年的52亿美元增长到2022年的163亿美元，年均复合增长率达到21%。滤波器市场的大部分增长来自新添的额外滤波需求，以及更多载波聚合滤波需求； PA和LNA略有增长，市场规模从2016年的38亿美元增长到2022年的42亿美元；2G/3G市场萎缩将与LTE新增市场增长相平衡，低噪声放大器市场因为增加了新的天线通路将稳步增长；开关的市场规模将从2016年的10亿美元增长到2022年的20亿美元，年均复合增长率达到12%，增量主要来源于天线通路增加带来的数量提升。
未来手机发展趋势之下，天线调谐器市场将迎来巨大的增长。天线调谐器的市场规模将从2016年的3600万美元增长到2022年的2.72亿美元，年均复合增长率高达40%。传统手机并不需要天线调谐器，因此存量市场小，未来增长主要是由于手机全面屏趋势下，天线空间受到挤压，同时未来多天线设计将使得天线空间更加紧凑，多个天线均需要调谐器以实现可接受的通信性能。
手机应用无线通讯产品是砷化镓元件最大市场，随着砷化镓的技术成熟，成本降低及使用者对手机功能上的要求促进PA的使用量不断增加。通常2G手机需要搭载1至2颗PA，3G手机需要3至4颗。4G智能手机为达到标准的通信效果，至少需要5颗以上的砷化镓/氮化镓PA，此外智能手机中的卫星定位功能也需要用到1颗PA，4G智能手机支持的WLAN也需要至少1颗PA，因此4G手机PA需求量为5-7颗（iPhone6单台约7颗），相较3G手机多了约2颗的用量。5G时代手机内的PA预计或多达16颗之多，5G通讯将为砷化镓PA芯片应用需求带来更大的增长空间。
根据前瞻产业研究院数据显示，2017年全球市场手机出货量为14.6亿部，同比下滑0.5%，2017年中国市场出货量下滑12%，全球智能手机市场规模已趋于饱和，未来智能手机出货量将在高位小幅徘徊。从我国2G、3G和4G出货量看，2013年4G手机出货量迅速增加，3G手机出货量减少，到2017底全国4G手机渗透率已高达95%。
虽然全球智能手机成长力道放缓，但手机PA仍有10%成长，主要是由于GaAs和GaN在手机射频市场渗透率逐渐提高叠加单个手机PA个数的增长。Si基PA与硅集成电路工艺兼容可以将成本做低，主要用于2G手机等中低端消费电子领域。GaN PA性能最好但同时价格也最高，目前主要应用于远距离信号传送或高功率级别（雷达、基站收发台等）领域。综合考虑工艺成熟度、成本、性能之后，GaAs为当前最优选择，被广泛应用于手机等消费电子领域。从趋势上看，GaAs和GaN将在手机射频市场的渗透率稳步提升，预计到2025年渗透率可以高达80%以上。随着4G LTE逐渐成熟，载波聚合技术或LTE-Advance被视为5G来临前满足手机使用对于传输速度及频宽需求的解决方案，也成为GaAs产业另一个成长动能。
总的来说，虽然智能手机市场已经进入存量时代，但是射频前端市场规模在未来五年内依旧可以保持14%的年均复合增长率，预计到2022年市场规模可以达到200亿美元以上。
3.2 功率器件SiC市场已正式形成，未来在电动汽车中大有可为
功率半导体器件又被称为电力电子器件，是电力电子技术的基础，也是构成电力电子变换装置的核心器件。利用功率器件，可以实现电力电子设备的变压、变流、变频、功率放大和功率管理等，功率器件能够带来电力电子系统的功率、温度、频率、抗辐射能力、效率和可靠性等方面的性能倍增，能够使得其在体积、重量以及成本等方面的大幅减低。
对比硅器件，SiC器件功率损耗可减少将近50%，从而有效提升电源转化效率，其次，SiC器件由于转换效率高、发热小，所以可以有效减小冷却系统的体积，从而实现电源转换装置整体的小型化，这对于新能源汽车等需要大量电源转换装置的系统具有重大的意义。
SiC晶圆生长技术难度较大，全球仅极少数企业能够量产，导致SiC单晶材料的价格长期居高不下，SiC二极管价格是硅基肖特基二极管价格的5-7倍，SiC结晶场效应管价格是Si的5-7倍，SiC MOSFET价格是硅基MOSFET的10-15倍，价格因素也成为阻碍SiC进入民用功率半导体市场的主要原因。从2012年开始，SiC成本不断下降，经过3年时间，SiC二极管的价格下降了35%，SiC MOSFET的价格下降了50%。驱动成本下降主要有以下几个因素：（1）4寸线向6寸线迁移的过程降低20-40%成本；（2）SiC外延片技术在持续进步，颗粒污染等缺陷率在持续下降，推动芯片良率大幅上升（3）随着规模的扩大和经验的积累，SiC芯片制程工艺日益成熟，制造的良率在持续提升。虽然目前SiC、GaN产品的成本相对较高，应用领域受限于一些性能要求高的领域，但随着技术的进步，SiC、GaN功率半导体市场将加速增长。
功率半导体应用广泛，市场规模庞大，且拥有巨大的发展空间。WSTS数据显示，2017年全球功率半导体（仅包括MOSFET、IGBT以及功率二极管）市场规模为216.5亿美元。即MOSFET、二极管、IGBT市场规模分别约为84.4、71.4、58.5亿美元。随着人们绿色节能意识的提高，电动车、变频家电、智慧电网等市场正在快速兴起，同时也使得MOSFET等功率半导体等产品的应用变得愈来愈广泛。Yole Developpement预测，功率半导体将受益于多个主要终端市场，2016-2022年的年均复合增长率将达到4.1%。
在具体的应用方面，SiC功率半导体与GaN功率半导体实现优势互补。GaN锁定中低功率应用，其应用市场规模要大于中高功率，SiC主要适用于600V以上的高功率应用。随着世界各国对节能减排的需求越来越迫切，SiC功率半导体的应用领域已逐渐从传统的工业控制和4C领域，向新能源汽车、轨道交通、智能电网和电压转换等诸多市场迈进。市场分析机构IMS Research指出，未来功率半导体的增长点将来自新兴领域，包括电动汽车及新一代通信、云计算等。
根据赛迪顾问的报告，功率半导体占到新能源汽车新增半导体用量的76%、新能源整车半导体用量的50%。IGBT模块是新能源汽车电控系统和直流充电桩的核心器件，成本占到新能源整车成本的10%，占到充电桩成本的20%。由于未来几年新能源汽车及充电桩市场将进入爆发期，IGBT等功率半导体作为其核心器件也将迎来黄金发展期。预计未来5年国内新能源汽车和充电桩市场将带动200亿元IGBT模块的需求。
新能源汽车目前存在的核心困难是充电速率过慢，主流的研究热点集中在快速充电技术，而快充技术的实现就需要用到高压SiC半导体器件。为了缩短电动汽车的充电时间，提高电动汽车的实用性，快速充电已成充电桩的标准功能。这个趋势使得充电桩的平均输出功率快速拉升，目前市场上已经出现支持20kW、甚至25kW输出的电动汽车充电桩，未来随着SiC渗透率的进一步提高，充电时间有望得到进一步缩短。
随着汽车制造商未来5-10年内于主逆变器、车载充电器(OBC)，以及直流-直流(DC-DC)转换器等装置皆陆续采用SiC功率半导体，汽车产业将成SiC市场加速成长的关键推手。特斯拉的Model3型汽车，也全部使用了SiC半导体模块，每辆车会用到24个SiC模组，现今在道路上行驶的Model3车辆中该SiC模块的数量约为100万只。
国家政策扶持，国内功率半导体产业前景广阔。根据2015年国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知》，到2020年，新能源汽车实现当年产销200万辆以上，累计销量超过500万辆。同时大力推广充电桩的建设，预计在2016—2020年间国家电网的充电站建设目标高达10000座，建成完整的“四纵四横”电动汽车充电网络。未来在政策资金支持以及国内新能源汽车以及国内新能源汽车的蓬勃发展，随着功率器件下游产品稳步扩张，国内功率半导体产业将迎来黄金发展期。
3.3 3D Sensing-化合物半导体在消费电子领域的重要应用
过去GaAs所聚焦的光电子市场空间相对较小，主要集中于在数据中心等方面的应用。随着技术的进步与发展，GaAs激光器逐渐走进人们的视野，使用基于GaAs的VCSEL之后，3D Sensing技术和人脸识别成为了现实，尤其是在苹果公司的iPhone X引入并强调这些功能之后，GaAs激光器引起了极大的关注。
3D Sensing消费性电子应用的拓展使其行业增长迅速。iPhone X采用3D Sensing加入消费性电子产品的应用，为VCSEL带来新的营运成长动能，也让VCSEL产业供需结构翻转，未来也将吸引其他品牌厂商的智慧型手机搭载，将加速VCSEL产业蓬勃发展。根据Zion Market Research预测，全球移动3D市场出货量2015-2021年复合增长率为62%，2015-2021年全球VCSEL产值复合增长率为21%。
由于苹果发布的iPhone X引领了3D人脸识别的热潮，因此2018年中国高端安卓手机也纷纷引入了这一功能，但是苹果手机和安卓手机在3D Sensing的渗透速度上还是会有所差别，我们将分别测算二者的3D Sensing市场规模。预计iPhone手机出货量平稳增长，基本保持全球智能手机市场约15%的份额。苹果手机前置3D Sensing渗透率有望在2020年达到100%，安卓手机2018年开始在旗舰机搭载3D Sensing摄像头，2020年渗透率达到约40%。
据此我们测算全球智能手机3D Sensing市场规模到2020年可以达到约104亿美元，四年复合年均增长率达128%。
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泛半导体研究
西南电子 陈杭
半导体风向标
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