隨著2020年5G步入商用，使物聯網逐漸成為現實；以及國防信息化推進加速，化合物半導體將來爆發。

5G有望在2020年步入商業化，將使真正的“萬物互聯”成為現實無線移動通訊發展至今，已經實現了4代（1G-2G-3G-4G），每一代革新，都實現了更快的傳輸率、更寬的網絡頻譜、更靈活的通信方式、更高的智能、更高的通信質量。第五代移動通信（5G）傳輸速度可達10Gbps，比4G網絡的傳輸速度快十倍到百倍，解決海量無線通信需求，將實現真正的“萬物互聯”。用戶體驗速率達到1Gbps，連接數密度為106/km2，空口時延時1ms，端與端時延為ms量級，可靠性接近100%，可以現實連續廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠5G應用場景。目前包括ITU、IEEE、3GPP國際組織積極推進5G標淮落地，預計最快在2018年我們可以看到5G標淮雛形，2020年5G標淮將落地。5G已經成為通信領域里的重點研究對象，5G標淮引爆全球群英戰，美國率先完成5G頻譜分配。在5G標淮制定中誰掌握話語權，將會在新一代移動通信技術革命中占據先機。按計劃，中國將力爭在2020年實現5G網絡商用。

國防信息化推進加速，帶動雷達、軍工通信與軍工電子等萬億市場需求

國防信息化是現代戰爭的發展方向。軍隊通過信息化的整合實現一體化的作戰能力：將目標探測跟蹤、指揮控制、火力打擊、戰場防護和毀傷評估等功能實現一體化，將聯合指揮中心和各軍種之間的作戰組織實現一體化。國防信息化產業鏈主要包括雷達、衛星導航、信息安全、軍工通信與軍工電子五大領域，據行業預測，國防信息化建設到2025年市場總規模有望達到1.66萬億元。其中，軍用雷達達到3776億元，國防信息安全建設達到7320億元，軍工通信達到308億元。

5G、軍工兩輪驅動，帶動上游化合物半導體國產化及需求

化合物半導體三大材料，第二代GaAs半導體相對最成熟，其中，用在移動通訊設備中占比為71%，當前市場容量約為82億美元，主要受益通訊射頻芯片尤其是PA驅動，隨著5G軍工驅動，我們預計2020年將形成132億美元的市場容量；第三代半導體SiC半導體市場在2016年正式形成，當前市場容量約為2億美元，作為大功率高頻半導體在電動汽車大有可為，未來10年市場容量有望增至20億美元；第三代半導體GaN半導體目前也處于發展階段，為高溫、高頻、大功率器件首選材料之一，將廣泛應用通訊、軍工，當前市場容量約為3億美元，未來10年市場容量有望增至30億美金。涉及化合物半導體A股上市公司三安光電（GaAs/GaN）、海特高新（GaAs/GaN）、揚杰科技（SiC）；涉及化合物半導體非上市公司：中國電子科技集團（13所、46所、55所）。

1.5G蓄勢待發，且為推動物聯網關鍵技術

1.1.5G是實現物聯網關鍵技術

無線移動通信每一代革新，都實現了更快的傳輸率、更寬的網絡頻譜、更靈活的通信方式、更高的智能、更高的通信質量。發展至今，已經實現了4代（1G-2G-3G-4G）。無線移動通信最基本和最主要的一種是利用蜂窩網方式，由美國貝爾實驗室等首先提出。該實驗室在1978年底研制成功先進移動電話系統(AMPS)，并于1983年首次在芝加哥投入商用，標志著第一代蜂窩移動通信系統的誕生。第一代移動通信技術(1G)采用模擬式通信系統，將介于300Hz到3400Hz的語音轉換到高頻的載波頻率MHz上，僅實現語音無法實現手機上網，最流行手機為大塊頭的摩托羅拉8000X，俗稱大哥大。第二代移動通信（2G）誕生于20世紀90年代初期，從模擬調制進入到數字調制，GSM的網速僅有9.6KB/S，開啟手機上網時代，同時2G幫助諾基亞掘起。第三代移動通信（3G）誕生于21世紀初期，以多媒體通信為特征，支持高速數據傳輸，3G將有更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384K，最高為2M，帶寬可達5MHz以上。能夠實現高速數據傳輸和寬帶多媒體服務，是移動互聯網變為現實。第四代移動通信技術（4G）誕生于2010年，標志著進入無線寬帶時代，4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質量視頻圖像，能夠以100Mbps的速度下載，上傳的速度也能達到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。第五代移動通信（5G）已經成為通信領域里的重點研究對象，傳輸速度可達10Gbps，比4G網絡的傳輸速度快十倍到百倍，解決海量無線通信需求，將實現真正的“萬物互聯”。

移動通信發展，同步推動手機革新。從1986年的第1代移動網絡到2013年的第4代移動網絡，這短短的26年間我們見證了移動通信技術的突飛猛進，從大哥大到諾基亞手機，從iPhone的誕生到GoogleGlass的推出，這些設備給我們帶來更好的體驗，都在依賴移動網絡的支撐。而1G、2G、3G以及現在的4G逐漸從簡單的通話也已經轉換為清晰語音、高質量圖片視頻傳送技術發展，運營商的業務也開始發生了轉變。而更高網速的5G也將誕生，未來翻天覆地的移動通信將徹底改變我們的生活。

5G網絡功能升級將使“萬物互聯”成為現實。5G將采用包括大規模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構在內的一組關鍵技術，以滿足各種場景的差異化需求。根據IMT-2020(5G)推進組發布《5G網絡架構設計》白皮書，5G關鍵性能指標主要包括用戶體驗速率、連接數密度、端到端時延、流量密度、移動性和用戶峰值速率，其中，用戶體驗速率、連接數密度和時延為5G最基本的三個性能指標。從移動互聯網和物聯網主要應用場景、業務需求及挑戰出發，可歸納出連續廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接和低時延高可靠四個5G主要技術場景。連續廣域覆蓋和熱點高容量場景主要滿足2020年及未來的移動互聯網業務需求，也是傳統的4G主要技術場景。

低功耗大連接和低時延高可靠場景主要面向物聯網業務，是5G新拓展的場景，重點解決傳統移動通信無法很好支持地物聯網及垂直行業應用。

1）連續廣域覆蓋：為移動通信最基本的覆蓋方式，以保證用戶的移動性和業務連續性為目標，為用戶提供無縫的高速業務體驗。該場景的主要挑戰在于隨時隨地（包括小區邊緣、高速移動等惡劣環境）為用戶提供100Mbps以上的用戶體驗速率。

2）熱點高容量：場景主要面向局部熱點區域，為用戶提供極高的數據傳輸速率，滿足網絡極高的流量密度需求。1Gbps用戶體驗速率、數十Gbps峰值速率和數十Tbps/km2的流量密度需求是該場景面臨的主要挑戰。

3）低功耗大連接：場景主要面向智慧城市、環境監測、智能農業、森林防火等以傳感和數據采集為目標的應用場景，具有小數據包、低功耗、海量連接等特點。這類終端分布范圍廣、數量眾多，不僅要求網絡具備超千億連接的支持能力，滿足100萬/km2連接數密度指標要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。

4）低延時高可靠：場景主要面向車聯網、工業控制等垂直行業的特殊應用需求，這類應用對時延和可靠性具有極高的指標要求，需要為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證。

1.2.物聯網前景廣闊，5G將有望2020年進入商業化

移動互聯網和物聯網是未來移動通信發展的兩大主要驅動力，將為5G提供廣闊的前景。移動互聯網顛覆傳統移動通信業務模式，為用戶提供前所未有的使用體驗，深刻影響著人們工作生活的方方面面。面向2020年及未來，移動互聯網將推動人類社會信息交互方式的進一步升級，為用戶提供增強現實、虛擬現實、超高清(3D)視頻、移動云等更加身臨其境的極致業務體驗。移動互聯網的進一步發展將帶來未來移動流量超千倍增長，推動移動通信技術和產業的新一輪變革。物聯網擴展了移動通信的服務范圍，從人與人通信延伸到物與物、人與物智能互聯，使移動通信技術滲透至更加廣闊的行業和領域。面向2020年及未來，移動醫療、車聯網、智能家居、工業控制、環境監測等將會推動物聯網應用爆發式增長，數以千億的設備將接入網絡，實現真正的“萬物互聯”，并締造出規模空前的新興產業，為移動通信帶來無限生機。同時，海量的設備連接和多樣化的物聯網業務也會給移動通信帶來新的技術挑戰。

面向2020年及未來，移動數據流量將出現爆炸式增長。預計2010年到2020年全球移動數據流量增長將超過200倍，2010年到2030年將增長近2萬倍；中國的移動數據流量增速高于全球平均水平，預計2010年到2020年將增長300倍以上，2010年到2030年將增長超4萬倍。發達城市及熱點地區的移動數據流量增速更快，2010年到2020年上海的增長率可達600倍，北京熱點區域的增長率可達1000倍。

未來全球移動通信網絡連接的設備總量將達到千億規模。預計到2020年，全球移動終端（不含物聯網設備）數量將超過100億，其中中國將超過20億。全球物聯網設備連接數也將快速增長，2020年將接近全球人口規模達到70億，其中中國將接近15億。到2030年，全球物聯網設備連接數將接近1千億，其中中國超過200億。在各類終端中，智能手機對流量貢獻最大，物聯網終端數量雖大但流量占比較低。

5G標淮加速推進，2020年有望進入商業化。目前包括ITU、IEEE、3GPP國際組織積極推進5G標淮落地，預計最快在2018年我們可以看到5G標淮雛形，2020年5G標淮將落地。1）ITU于2015年啟動5G國際標淮制定的淮備工作，首先開展5G技術性能需求和評估方法研究，明確候選技術的具體性能需求和評估指標，形成提交模板；2017年ITU-R發出征集IMT-2020技術方案的正式通知及邀請函，并啟動5G候選技術征集；2018年底啟動SG技術評估及標淮化；計劃在2020年底形成商用能力。2）作為IEEE3G/4G淮的制定機構，IEEE802標淮委員會結合自身優勢，積極推進下一代無線局域網標淮（IEEE802.11ax）研制，并希望將其整合至5G技術體系。3）從2015年初開始，3GPP已啟動5G相關議題討論，初步確定了5G工作時間表3GPP5G研究預計將包含3個版本：R14、R15、R16。R14主要開展5G系統框架和關鍵技術研究；R15作為第一個版本的5G標淮，滿足部分5G需求，例如5G增強移動寬帶業務的標淮；R16完成全部標淮化工作，于2020年初向ITU提交候選方案。

5G標淮引爆全球群英戰，美國率先完成5G頻譜分配。韓國、歐盟、日本和美國都開始啟動5G商用機會，在5G標淮制定中誰掌握話語權，將會在新一代移動通信技術革命中占據先機。其中，韓國將于2018年年初開展5G預商用試驗支持平昌冬奧會，計劃到2020年年底實現5G商用；歐盟5GPPP預計在2018年啟動5G技術試驗；日本計劃在2020年東京奧運會之前實現5G商用，當前NTTDoCoMo正在組織10多家主流企業驗證5G關鍵技術，進行關鍵技術及頻段的篩選；美國運營商Verizon成立5G技術論壇，并計劃于2016年啟動5G外場試驗。其中，美國聯邦通信委員會(FCC)針對24GHz以上頻譜用于無線寬帶業務宣布了新的規則和法令，美國成為全球首個宣布將這些頻譜用于5G無線技術的國家：2016年7月15日，美國聯邦通信委員會（FCC）將為5G網絡分配頻率資源。FCC最新的法令開放了近11GHz可靈活用于移動和固定無線寬帶服務的高頻段頻譜，其中包括3.85GHz授權頻譜和7GHz未授權頻譜。這些被其定義為可用于UpperMicrowaveFlexibleUse服務的頻譜具體分布在28GHz(27.5-28.35GHz)、37GHz(37-38.6GHz)、39GHz(38.6-40GHz)和一個新的64-71GHz未授權頻段。此外，FCC還將繼續尋求關于95GHz以上頻段的使用意見。

我國5G試驗分兩步實施，建立中國在5G產業主導權。我國5G試驗分為兩步實施：從2015年到2018年進行技術研發試驗，由中國信息通信研究院牽頭組織，運營企業、設備企業及科研機構共同參與；從2018年到2020年進行產品研發試驗，由國內運營企業牽頭組織，設備企業及科研機構共同參與。中國這次在5G時代的話語權有望超越以往，在2G跟隨、3G突破、4G引領發展之后，中國移動通信技術在5G時代將成為引領者。按計劃，中國將力爭在2020年實現5G網絡商用。目前正在工信部統一領導下，依托IMT—2020（5G）推進組，開展5G技術研發試驗。華為和中興兩家公司都是中國IMT—2020（5G）推進組的核心成員。華為積極參與歐盟主導的5G項目，也是英國5GIC創始成員和日本5GMF的重要成員。在推動全球5G產業進程上，華為與運營商進行了廣泛對話，并與中國移動、日本NTTDoCoMo、歐洲沃達豐、德電、西班牙電信公司等全球領先運營商就5G展開聯合創新和技術驗證。中興通訊擔任了IMT—2020IEEE工作組主席、IMT—2020網絡技術工作組的副主席等重要席位，并牽頭了多個子工作組的研究工作，投身于5G無線關鍵技術及下一代網絡架構的研究工作。去年，中興通訊加入歐盟H2020計劃，致力5G創新研究。除了被德國電信列入首批5G創新實驗室合作伙伴名單，目前中興通訊已經與中國移動、日本軟銀、韓國KT、馬來西亞UMobile等多家高端運營商展開5G的研發與合作。

2.國防信息化推進加速，帶動雷達、軍工通信與軍工電子等萬億市場需求

國防信息化是現代戰爭的發展方向。所謂國防信息化，是為了適應現代戰爭特別是信息化戰爭發展的需要而建設的國防信息體系。最終目標為實現軍隊的全面信息化，提高軍隊的核心戰斗力。軍隊通過信息化的整合實現一體化的作戰能力：將目標探測跟蹤、指揮控制、火力打擊、戰場防護和毀傷評估等功能實現一體化，將聯合指揮中心和各軍種之間的作戰組織實現一體化。國防信息化產業鏈主要包括雷達、衛星導航、信息安全、軍工通信與軍工電子五大領域。

中國國防信息化建設持續加速，未來10年市場總規模有望達到1.66萬億元。2014年中國國防裝備領域投入約2586億元，其中國防信息化開支約750億元，；2015年國防裝備總支出約2927億元，其中國防信息化開支約878億元，同比增長17%，占比為30%。據預測，2025年中國國防信息化開支將增長至2513億元，年復合增長率11.6%，占2025年國防裝備費用（6284億元）比例達到40%。未來10年國防信息化總規模有望達到1.66萬億元。

軍民兩大體系助推國防信息化產業發展。中國軍工體系分為國防科工體系和社會經濟體系，兩大體系相互融合助推國防信息化產業發展。國防科工體系主要由十大軍工集團組成，負責重點軍工型號的總體研發和整機制造，構成產業鏈的下游；社會經濟體系由裝備制造企業、原材料供應商、基礎件制造商、高校/科研院所、信息化硬件廠商、信息化軟件廠商組成，構成產業鏈的上游。兩大體系共同實現了對雷達、衛星導航、軍工通信、軍工電子及信息安全五大細分領域的全面覆蓋，助推國防信息化產業加速發展。

中國軍用雷達市場高速增長，2025年市場總規模有望達到3776億元。我國軍用雷達市場已邁入高速增長階段，預計2014年國內軍用雷達市場空間達173億元，2015年增長到200億元，同比增長15.7%。據預測，2025年軍用雷達市場規模有望達到573億元，年復合增長率高達11.5%，未來十年軍用雷達市場總規模將達到3776億元。

中國正大幅加速國防信息安全建設，2025年市場總規模達到7320億元。面對國防信息安全的嚴峻局勢，本世紀伊始中國決策層已對信息安全問題有所察覺，并開始從需求和供給兩方面出臺系列政策以加強信息安全建設。2014年2月27日，中央網絡安全和信息化領導小組宣告成立，標志著信息安全已經上升至國家戰略高度，國防信息安全建設有望大幅提速。我們預測，中國信息安全市場規模將由2015年的2367億元增長至2025年的7320億元，十年增長兩倍，復合增長率達11%。

中國軍工通信差距較大，系統建設步入快車道，2025年市場總規模達308億元。中國軍工通信系統與發達國家存在較大差距。以衛星通信為例，美國及北約軍事衛星承擔軍用通信近85%的通信量，我軍則不足5%。相較于發達國家對軍工通信系統建設高達國防開支5%的投入，我國軍工通信系統建設開支僅占國防經費2%以下。受益于國防信息化戰略的推進，軍工通信系統必將步入快速建設階段。據預測，中國軍工通信市場將由2015年的100億元增至2025年的308億元，復合增長率達到11.9%，10年增長2倍。

我們根據中國軍工研究院所主營業務，重點梳理了雷達、軍工通信、軍工電子三大領域涉及到的軍工研究所院所。其中，雷達無線電類涉及集團和院所為中國電子科技集團（14所、20所、22所、27所、29所、38所、39所、51所、41所），中國行業工業集團（607所、612所），中國航天科技集團（802所），中國船舶重工集團（707所、724所），中國電子信息產業集團（206所）；軍工通信涉及集團和院所為中國電子科技集團（7所、8所、16所、23所、28所、30所、34所、36所、50所、54所），中國航天科技集團（13所），中國航天科工集團（23所、203所、35所），中國船舶重工集團（715所、722所），中國電子信息產業集團（205集團）；軍工電子涉及集團和院所為中國電子科技集團（2所、9所、10所、13所、15所、24所、26所、32所、43所、44所、45所、46所、47所、48所、55所、58所），中國航天科技集團（503所、513所、771所、772所），中國電子信息產業集團（214所），中國兵器裝備集團（208所）。

3.5G、軍工兩輪驅動，帶動上游化合物半導體國產化及需求

半導體材料是制作半導體器件和集成電路的電子材料，是半導體工業的基礎。隨著新的半導體材料出現、電力電子技術進步與制作工藝的提高，半導體在過去經歷了三代變化。第一代半導體為硅（Si），第二代為砷化鎵（GaAs），第三代半導體為碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）。由于硅基功率器件的性能已逼近甚至達到了其材料的本征極限，寬禁帶功率半導體器件與傳統Si基功率半導體器件相比較，其材料特性主要表現在：寬能帶、高飽和速度、高導熱性和高擊穿電場等，使得其在未來5G、軍工等相關領域應用廣泛。同時隨著5G、軍工雙輪驅動，將帶動上游化合物半導體國產化及需求。

3.1.GaAs：受益5G通訊/軍工發展及國產替代必要性，國內機會應運而生

砷化鎵（GaAs）是由元素周期表中III族元素鎵與V族元素砷人工合成的半導體化合物，與半導體材料硅相比，它具有高禁帶寬度、高電子遷移率、能帶結構為直接躍遷型、耐高溫以及抗輻射性強等優勢，具有十分廣泛的應用。目前較為成熟的砷化鎵晶體生長方法有水平布里支曼法（HB）、砷泡控制砷壓注入合成法及直接高溫高壓合成法等。制備得到的砷化鎵單晶經過切割、打磨及拋光等工序就可進一步通過微納加工方法制造各種發光器件、光探測器、集成電路。

砷化鎵主要用于微波功率器件，即工作在微波波段（頻率300-300000MHz之間）的半導體器件。由于Si在物理特性上的先天限制，僅能應用在1GHz以下的頻率。然而近年來由于無線高頻通訊產品迅速發展，使得具備高工作頻率、電子遷移速率、抗天然輻射及耗電量小等特性的砷化鎵脫穎而出，在微波通訊領域大規模應用。

3.1.1.砷化鎵半導體為射頻通訊核心，無線通訊推動砷化鎵半導體市場快速發展

由于砷化鎵高頻傳輸的特性，可以應用在移動設備、網絡基礎設備、國防與航空航天。其中移動設備占比為71%，智能手機增長迅速。除了在手機應用中飛速成長外，平板電腦、筆記本電腦中搭載的WiFi模組、固定網絡無線傳輸，以及光纖通訊、衛星通訊、點對點微波通訊、有線電視、汽車導航系統、汽車防撞系統等，也分別采用1-4顆數量不等的功率放大器，這都是推動砷化鎵成長的強大動力。

根據StrategyAnalytics調查數據，2014年全球GaAs元器件市場總產值為74.3億美元，較2013年64.7億美元成長14.8%。隨著通訊4G/5G推動，我們按照每年10%的增長，預計2020年砷化鎵微波功率半導體實現規模將達到132億美元。

智能手機內部的芯片主要由基帶、AP、射頻芯片、連接芯片和存儲芯片構成，其中，基帶和射頻是實現2/3/4G蜂窩通訊功能核心的兩大芯片。手機前端由功率放大器、濾波器、雙工器及天線開關組成。在手機無線網絡中，系中的無線射頻模組必定含有兩個關鍵的砷化鎵半導體零組件：以HBT設計的射頻功率放大器（RFPA）和以PHEMT設計的射頻開關器傳統的2G手機中，一般需要2個功率放大器（PA），另外2G手機只有一個頻段，噪聲要求低，使用1個射頻開關器。到了3G時代，一部手機平均使用4顆PA。3.5G手機平均使用6顆PA，使用2個射頻開關器。

4G/5G通訊成砷化鎵微波芯片重要成長動能。2014年，智能手機正式進入4G時代，平均使用7顆PA，4個射頻開關器。4G的射頻通信需要用到5模13頻，多模多頻的砷化鎵前端放大器模塊及在“頻”和“模”之間切換的射頻開關器不可或缺。目前，單部4G智能手機僅達到標淮的通信效果，就至少需要5顆以上的砷化鎵功率放大器，此外智能手機中的衛星定位功能也需要用到1顆功率放大器，4G智能手機支持的無線局域網通信（WLAN）也需要至少1顆功率放大器。下一代5G技術，其傳輸速度將是現行4GLTE的100倍，目前只有砷化鎵功率放大器可以實現如此快速的資料傳輸。

頻段數量增加，推動前端射頻數量增長。射頻前端與移動設備支持的頻段數量成正比關系：伴隨手機支持的頻段越來越多，射頻前端數量也隨手機支持頻段數量的增加線性增加。

2015年，平均每臺手機應用到的頻段數量為9.15個，相對2011年的4.18個翻了一倍多。我們預計到2020年，平均每臺手機應用到頻段數將達到16.44個。同時，對應智能手機射頻前端總價格在9美元左右，到2020年射頻前端價值將增至16美元。

2G-3G-4G手機單機PA價值量增長迅速。一個2G手機單機PA價值量為0.3美元；3G手機單價價值量為1.25美元，普通4G手機單機PA價值量為2美元，而全頻4G手機單價價值量高達3.25美元，手機更新換代帶動PA價值量迅速增長。

在PA領域，一直存在硅基CMOSPA與砷化鎵PA之爭。2013年上半年高通推出CMOS功率放大器解決方案開始打入低端智能手機供應鏈，但是由于硅材料物理性能限制，無法應用于高頻領域。因此，雖然硅材料較砷化鎵有成本優勢，但是，高端市場并不會受到影響，砷化鎵材料在功率放大器市場仍有85%的市占率。

根據全球市場研究機構TrendForce報告顯示，2015年全球智能手機出貨量為12.93億部，年增長10.3%，其中來自中國地區的手機品牌合計出貨量高達5.39億部，占全球比重超過四成；對應的2015年全球射頻前端市場為116億美元，我們按照2020年全球手機出貨量20億臺計算，對應的全球射頻前端市場為320億美元。2015年度全球手機砷化鎵元件需求接近135億顆，國內手機砷化鎵元件市場需求量超過49億顆。未來隨著4G手機滲透率不斷提升，手機用砷化鎵元件還將不斷增長；而隨著2020年之后5G的普及，手機用砷化鎵元件市場需求還將繼續提升。

3.1.2.國外IDM廠商搶占砷化鎵半導體市場先機

砷化鎵半導體的制造流程與硅相似，從上游材料、IC設計、晶圓代工到封裝測試，完成砷化鎵半導體制造的全部產業鏈。與硅材料大規模集成電路制造不同，砷化鎵微波功率半導體多為分立器件，制造工藝相對簡單。另一方面，由于材料性能差異大，晶圓制造的設備及工藝與硅有極大的不同，主要難點在外延片的生產，通過拉單晶形成GaAs晶棒，然后通過復雜工藝形成GaAs晶圓，在MOCVD設備中長成GaAs外延片晶圓。

砷化鎵半導體產業參與者多為國外IDM廠商。據StrategyAnalytics統計，2014年全球GaAs元器件市場總產值為74.3億美元，其中Skyworks、Qorvo（2014年由RFMD和TriQuint合并而來）、Avago三大IDM廠商占據GaAs元器件市場達到63.50%。而占據總市場規模4.4%的純代工企業穩懋即占據了GaAs元器件市場代工市場近60%的份額。砷化鎵材料現在正處于發展階段，目前全球砷化鎵微波功率半導體領域參與者數量遠遠小于硅，市場分布較為均衡。IDM廠商毛利率達40%，RFMD（Qorvo）為原諾基亞PA供貨商，毛利率低于同行業平均水平。

3.2.SiC：市場已正式形成，未來在電動汽車中將大有可為

由于硅基功率器件的性能已逼近甚至達到了其材料的本征極限，研究人員早在19世紀80年代就把目光轉向寬禁帶半導體器件，如碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等。寬禁帶功率半導體器件與傳統Si基功率半導體器件相比較，其材料特性主要表現在：寬能帶、高飽和速度、高導熱性和高擊穿電場等。使SiC功率半導體器件具有如下Si基器件無可比擬的電氣性能。

1）耐壓高。臨界擊穿電場高達2MV/cm(4H-SiC)，因此具有更高的耐壓能力(10倍于Si)。SiC器件的阻斷電壓可達幾千伏，這為其在電氣化鐵路、電力系統等方面的應用創造了條件。目前商業化的阻斷電壓己達到1700V。

2）散熱容易。由于SiC材料的熱導率較高(3倍于Si)，散熱更容易，器件可工作在更高的環境溫度下。有報導，SiC肖特基二極管在361℃的工作結溫下正常工作超過1小時。

3）導通損耗和開關損耗低。SiC材料具有兩倍于Si的電子飽和速度，使得SiC器件具有極低的導通電阻(1/100于Si)，導通損耗低；SiC材料具有3倍于Si的禁帶寬度，泄漏電流比Si器件減少了幾個數量級，從而可以減少功率器件的功率損耗；關斷過程中不存在電流拖尾現象，開關損耗低，可大大提高實際應用的開關頻率(10倍于Si)。

SiC功率器件這些性能，可以滿足電力電子技術對高溫、高功率、高壓、高頻及抗輻射等惡劣工作條件的新要求，其在電動汽車、空間探測、軍工設備及電力系統等領域有著十分光明的應用前景。迄今為止，SiC功率開關器件主要類型有SiCSBDs(肖特基二極管)、SiCBJTs(雙極型晶體管)、SiCJFETs(結型場效應管)、SiCMOSFETs(絕緣柵型場效應管)和SiCIGBTs(絕緣柵雙極晶體管)。其中，SiCSBDs、SiCMOSFETs和SiCJFETs最具市場競爭力，SiCSBDs由于具有較小的反向恢復電流和成本適中，已經在部分電動汽車變換器中得到了應用。

碳化硅器件的發展歷史：從SiC器件出現至今，這種寬禁帶半導體器件已經發展了20年，開始逐步進入市場并被工程技術人員認可。1992年，美國北卡州立大學就在全世界首次成功研制阻斷電壓400V的6H-SiCSBDs，2001年Infineon生產出全球第一款SiCSBDs，現已開始商業化還有Cree、Microsemi、Rohm等公司產品。1993年，首次出現了SiCMOSFETs的報導，到2010年，已經陸續有SiC功率開關管器件的系列產品成功量產。2011年初Cree公司終于將4H-SiCMOSFETs器件(1200V/80m歐姆)推向市場，耐壓等級分別為600V/1200V/1700V。接著，2012年3月Rohm公司正式推出了備受期待的全碳化硅功率模組，繼而又正式將適用于工業裝臵的變流器的SiCMOSFETs模組(SiCMOSFETsSiCSBDs，額定規格1200V/180A)投入量產。

碳化硅功率元件市場在2016年正式形成，當前市場約為2億美元，未來10年將有望超20億美元。國際市場調研機構IMSResearch報告顯示，2015年會是SiC發展的一個拐點，SiC在功率器件上的應用會起到主導作用。未來的10年，這一市場份額將增長20倍，其中混合電動汽車、純電動汽車是主要的驅動力，此外馬達驅動、風能、太陽能等對SiC需求都會快速增長。SiC功率元件市場在2016年正式形成，2015年全球SiC功率半導體市場僅為約2億美元，規模尚小，其應用領域也主要在電力供應、太陽能逆變器等領域。而未來，隨著新能源汽車和工業電機不斷采用SiC材料，在未來10年的維度內，SiC半導體市場容量有望超過20億美元。目前全球SiC半導體市場處于絕對領先的企業是Cree，占據了85%以上的市場份額。

SiC半導體潛在應用領域較為廣泛，對新能源汽車、軌道交通、智能電網和電壓轉換等領域都具有重大意義。隨著下游行業對半導體功率器件輕量化、高轉換效率、低發熱特性需求的持續增加，SiC在功率器件中取代Si成為行業發展的必然。據YoleDeveloppement估計，2013~2022年間SiC功率半導體市場規模的年均復合增速預計將達到38%。隨著SiC產量的快速提升，其生產成本將不斷下降，優異的性能將使得SiC在功率器件領域逐步實現對Si半導體的替代。

碳化硅器件在電動汽車中應用顯著。SiC器件可以顯著減小電力電子驅動系統的體積、重量和成本，提高功率密度，使其成為HEV電力驅動裝臵中的理想器件，也必將為電動汽車的動力驅動系統帶來革命性的改變。

1）可顯著減小散熱器的體積和成本。理論上，SiC功率器件可在175℃結溫下工作，因此散熱器的體積可以顯著減小。SiC功率器件的高導熱性也使風冷在未來的中、大功率電動汽車中成為可能。

2）可以減小功率模塊的體積。由于器件電流密度高(如Infineon產品可達700A/cm2)，在相同功率等級下，全SiC功率模塊的封裝尺寸顯著小于SiIGBT功率模塊。

3）可以提高系統效率。與傳統硅IGBT相比，SiC器件的導通電阻較小導通損耗下降；特別是SiCSBDs，具有較小的反向恢復電流，開關損耗大幅降低提高。

在國家政策支持下，國內新能源汽車銷量快速增長。根據工信部數據顯示，2015年累計生產新能源汽車37.90萬輛同比增長4倍，銷售33.11萬輛，同比增長3.4倍，在全球新能源汽車超過50萬輛的年銷量中，中國市場的貢獻超過一半。政策規劃2020年累計銷量達500萬輛，復合增速50%以上：《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》指出2020年新能源汽車累計銷量達到500萬輛；同時，2015年國務院下發《中國制造2025》明確提出到2020年我國自主品牌新能源汽車年銷量突破100萬輛，在國內市場占70%以上，新能源汽車銷量達到145萬輛以上。

依據產業調研情況，在新能源汽車領域，充電樁需要SiC功率器件6只，單價在40-80元，總價值量為200-500元；新能源汽車大約需要SiC功率器件6只，單價在40-80，總價值量在500-1000元。按照2020年，中國新能源汽車年保有量500萬量計算，分散式充電樁保有量480萬個。到2020年僅新能源汽車貢獻的SIC潛在市場空間就超過百億元。

3.3.GaN：性能更強，半導體材料中的新貴

GaN是新一代的寬禁帶半導體材料，其禁帶寬度幾乎是Si的3倍、GaAs和的2倍，臨界擊穿電場比Si、GaAs大一個數量級，并具有更高的飽和電子遷移率和良好的耐溫特性。它具有和GaAs幾乎相近的頻率特性。由于其特有的壓電效應與自發極化的存在，它的二維電子氣濃度比GaAs要高出一個數量級，所以具有很高的電流密度。由于氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電場高、飽和電子速度大、熱導率高、介電常數小、化學性質穩定和抗輻射能力強等優點，成為高溫、高頻、大功率微波器件的首選材料之一。

AlGaN/GaNHEMT具有顯著的電子遷移速度。通常AlGaN作為勢壘層，GaN作為溝道層，AlGaN層向2DEG層提供電子。因為GaN能量相對要低一些，AlGaN層多余的電子會向鄰近的禁帶較低的GaN層擴散。擴散的電子在它們擴散的反方向上產生一個電場，擴散電子和漂移電子趨于動態平衡，最終產生了類似于PN結的一個結構，落在沒有摻雜的GaN層上的電子，形成了二維電子氣。2DEG在垂直于異質結方向上會被緊緊限制住，只能在與之平行的方向上自由運動。在HEMT中的2DEG相比于MOSFET和MESFET場效應管，最顯著的優勢是具備更高的電子遷移速度。AlGaN/GaN這種結構不僅得益于高的電子遷移速度（～2000cm2/V?s），還有高的2DEG密度（～1013/cm2）。

GaN器件發展歷史：在氮化鎵器件研究初期，晶體合成困難。1986年，日本的赤崎勇開發了“低溫堆積緩沖層技術”可以獲得用于半導體元件的高品質氮化鎵。由于帶隙覆蓋了更廣的光譜范圍，用氮化鎵制造的高亮度LED、綠色LED、藍光光盤產品應用與商業領域。從1993年開始，利用二維電子氣氮化鎵能達到更高的遷移率，適合砷化鎵所不能達到的高頻動作。采用氮化鎵的高頻晶體管開始用在移動通信站、通信衛星、雷達等領域。到了2000年前后，硅制功率元件已經普及，之前利用藍寶石基板的氮化鎵類功率元件價格高，很難進入商業領域。這時開始采用硅基板，但制造成本依然很高。主要是應用于ICT設備、工業設備和汽車電子等領域的小型電源組件。未來有望采用氮化鎵基板，獲得高品質化、具有較高價格競爭力的氮化鎵功率器件。自2013年開始，隨著技術積累逐漸完成，氮化鎵民用市場開始起步。

各國政策的大力推進下，國際半導體大廠紛紛將目光投向氮化鎵功率半導體領域。隨著Si材料達到物理極限，在摩爾定律驅動下尋求下一個替代者刻不容緩，氮化鎵因各方面優異的電學性能被認為是未來半導體材料的首選。傳統半導體廠商關于氮化鎵器件的收購和合作、許可協議不斷發生，氮化鎵功率半導體已經成了各家必爭之地。美國和歐洲分別于2002年和2007年啟動了氮化鎵功率半導體推動計劃，并且在2007年首次在6寸硅襯底上長出了氮化鎵，自此從應用角度開始了氮化鎵功率半導體推進。2013年出現通過了JEDEC質量標淮的硅基氮化鎵功率器件，同年中國科技部推出了第三代半導體863計劃。

GaN應用領域包括軍事和宇航、無線基礎設施、衛星通信、有線寬帶，以及其它ISM頻段應用。GaN最初是為支持政府軍事和太空項目而開發，但已得到商業市場的完全認可和應用，在無線基礎設施領域的應用已超越國防應用，市場占比超過GaN市場總量的一半以上。隨著對數據傳輸及更高工作頻率和帶寬需求的增長，2016～2022年無線基礎設施領域的CAGR將達到16%。在未來的網絡設計中，如載波聚合和大規模MIMO等新技術的發展應用，將使GaN比現有橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）更具優勢。但與此同時，國防領域仍將是GaN不可忽視的重要應用市場，并保持穩定增長。GaN在國防領域的應用主要包括IED干擾器、軍事通訊、雷達、電子對抗等。GaN將在越來越多的國防產品中得到應用，充分體現其在提高功率、縮小體積和簡化設計方面的巨大優勢。GaN領域的企業包括美國的美高森美（Microsemi）、M-A/COM、Qorvo、雷聲、諾格、Wolfspeed、Anadigics，荷蘭Ampleon和恩智浦（NXP），德國UMS，韓國RFHIC，日本的三菱（Mitsubishi）和住友（Sumitomo）。（注：科銳Cree2015年9月3日宣布將把旗下的功率和射頻部門更名Wolfspeed）。

據Yole預測，2016～2020年GaN射頻器件市場將擴大至目前的2倍，市場復合年增長率（CAGR）將達到4%；2020年末，市場規模將擴大至目前的2.5倍。2015年，受益于中國LTE網絡的大規模應用，帶來無線基礎設施市場的大幅增長，有力地刺激了GaN射頻產業。2015年末，整個GaN射頻市場規模接近3億美元。2017～2018年，在無線基礎設施及國防應用市場需求增長的推動下，GaN市場會進一步放大，但增速會較2015年有所放緩。2019～2020年，5G網絡的實施將接棒推動氮化鎵市場增長。我們預計到未來10年，氮化鎵市場將有望超過30億美元。