一、GaAs/GaN材料簡介

    1.砷化鎵（GaAs）是當前最重要、技術成熟度最高的化合物半導體材料之一。GaAs材料具備禁帶寬度大、電子遷移率高的特性，且為直接帶隙，發光效率高，是當前光電子領域應用的最主要材料，同時也是重要的微電子材料。根據導電性能的差異，GaAs材料可分為半絕緣和半導體。

    半絕緣晶片中，襯底與形成在頂部的外延晶體管器件絕緣，主要應用于制作射頻電路。

    半導體通過向GaAs中添加熔融導電摻雜劑來產生半導電的晶錠，主要用于制作光電器件，例如LED、激光器和光伏器件。

    2.氮化鎵（GaN）作為第三代半導體材料的典型代表，相較于前兩代半導體材料，禁帶寬度更寬，具有更高的臨界擊穿電場，更大的飽和電子速率和更小的介電常數，能夠承受更高的工作電壓，適合更高頻率，可實現更高的功率密度，同時耐高溫、耐腐蝕、抗輻射等性能優異，在多項性能上能夠實現對第二代半導體材料性能極限的突破。

    得益于性能上較第一、二代半導體材料質的飛躍，GaN成為制作短波長發光器件、光電探測器以及高溫、高頻、大功率電子器件的理想材料。

    光電子領域：包括短波長LED、激光器、光電探測器等，特別是GaN基紫外光電探測器，可應用于軍事、航空航天、環保、科研等多領域。

    電力電子領域：包括智能電網、太陽能發電、風電領域的控制器等，節能和無損耗處理高電壓操作的特點也使得GaN成為新能源汽車電子器件的重要材料之一，GaN具備低損耗、高頻率、高效率優勢。

    微波射頻領域：包括5G通信、衛星通訊、雷達預警（GaN在軍事領域應用的重要場景）等，GaN具備高帶寬、高效率、高功率密度等優勢。

    GaN的應用仍以軍用為主導，并已經開始逐步向汽車無人駕駛、無線通信基站等民用領域拓展。

    5G浪潮下，移動設備射頻產業有望迎來重要發展機遇，作為器件的重要基石，上游材料的需求預計也將迎來新一輪迅猛的增長。

    二、GaAs/GaN市場空間預測

    1.手機：換機潮+滲透率提升+PA數量增加，GaAs需求大放量

    5G時代拉動換機需求，智能手機市場有望重返增長軌道。全球智能手機進入2015年以來，已經屬于存量市場，市場日趨飽和，終端創新力度下降，消費者換機周期拉長，出貨量持續下滑。

    全球來看，根據數據，2018年全球智能手機出貨量13.95億部，同比下滑4.8%，但2019年上半年開始市場出現復蘇跡象，預計下半年出貨量同比降幅收窄至0.4%，全年出貨量預計達13.711億部，同比下滑2.2%。國內來看，2018年，我國手機出貨量進一步下滑，其中智能手機出貨量下降至3.9億部，同比降低15.40%，但是智能手機出貨量仍高于2014年水平。

全球智能手機出貨量

數據來源：公共資料整理

    相關報告：智研咨詢發布的《2020-2026年中國砷化鎵行業市場全面調研及投資價值預測報告》

全球智能手機出貨量預測

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    未來隨著5G手機開始正式使用，我國智能手機的出貨量將會迎來新一輪的增長。預計2020年全球智能手機出貨量將止跌轉升，同比增長1.6%，到2023年，預計全球智能手機出貨量達到14.845億部，2018-2023年GAGR達1.1%。

2012-2018年中國手機、智能手機出貨量統計情況

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    GaAs在手機PA的市場份額有望持續提升。Si基CMOS由于禁帶寬度較小、擊穿電場較弱，電子遷移率和飽和電子速率較低，在工作頻率、輸出功率等方面性能上的局限性明顯，將越來越難以適應射頻器件應用場景向高頻、高功率的演進。同時，性能更優的GaN基射頻器件因技術和成本等問題尚難實現商業化應用，5G時代Sub6GHz階段仍將是GaAs材料的主場，GaAsPA預計將持續搶占Si基CMOS的市場份額，滲透率進一步提高。

2017-2023年手機PA材料市場份額

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    換機潮+滲透率提升+PA數量增加，GaAs需求迎來大放量。預測2019-2023年全球智能手機+功能手機GaAsPA需求量將從61.8億個增長至127億個，GAGR達19.8%。即使考慮小型化趨勢，未來幾年GaAsPA的需求量也有顯著的增長

全球手機GaAsPA需求量預測

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    2.基站：數量快速增長，GaAs、GaN各領風騷

    5G時代將以“宏基站為主，微基站為輔”的方式實現網絡覆蓋，GaAs和GaN射頻器件將各領風騷。由于5G方案的頻段相對于目前主流的4G頻段更高，相應的波長就大大減小，繞射能力更差，路徑損耗也越大，也即5G相較于4G傳輸距離縮短，覆蓋能力顯著減弱，這一問題的解決就需要建設更多的基站數量。射頻材料的選擇上，微基站相較于宏基站體積小，功耗要求也相對較小，GaAs將成為微基站的主流，而宏基站則將以GaN基材料為主。

2012-2018年中國通信基站數量統計情況

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    基站數量增加+單個基站上的PA數量成倍增長，帶動GaAs和GaN需求大幅增長，此外，宏基站的應用上，GaN在高頻、高功率性能上占據絕對優勢，預計也會持續搶占LDMOS的市場份額，帶來需求進一步提升

    預計2022年GaAs射頻器件市場總額增長至8.576億美元，GAGR達10.1%，其中，2022年基站領域的市場規模將達到3.707億美元，GAGR超過70%。預測2023年GaN射頻器件的市場規模將增長至13億美元，GAGR超過20%，最主要的增量也是來自于基站的應用。

2016-2022年GaAs射頻器件市場總額預測（百萬美元）

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    3.LED：體量大，預計仍有穩健增長

    LED是當前GaAs襯底四大應用領域當中僅次于射頻應用的第二大應用市場，預計未來幾年仍有穩健的增長。GaAs的LED器件目前在手機上的應用還只是開關，未來GaAs在智能手機紅外LED的應用預計會有比較明顯的增長，預測2023年紅外LED-智能手機細分領域用GaAs襯底出貨量將達4.92萬片，GAGR達9%，市場總額也有望提升至340萬美元，GAGR達7%。

    汽車照明等領域用GaAs襯底體量大，同時預計仍有穩健的增長，GaAs基紅橙黃LED在園藝照明（用于植物生長）的應用增速強勁，此外，紅外的安防、智能手機等領域預計也有不錯的增速，2023年LED領域用GaAs襯底出貨量預計提升至223.8萬片，2023年市場總額有望達到1.49億美元。

2017-2023年LED領域用GaAs襯底出貨量預測（等效6英寸,片）

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2017-2023年LED領域用GaAs襯底市場總額預測（百萬美元）

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    4.激光：從無到有，VCSEL有望實現高增速

    GaAs在激光領域的應用可分為VCSEL和非VCSEL，當前GaAs應用的看點主要在于VCSEL。預計2023年激光領域GaAs襯底的出貨量將達到96.4萬片，GAGR達37%，預計2023年市場總額達1.50億美元，GAGR達28%。

2017-2023年激光領域用GaAs襯底出貨量及市場總額預測

數據來源：公共資料整理

2017-2023年激光領域用GaAs襯底出貨量及市場總額預測

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    5.光伏：小眾市場，預計增速較低

    GaAs在空間光伏發電領域的應用受到Ge襯底的競爭，預計未來增速較低。

2017-2023年光伏領域用GaAs襯底出貨量預測（等效6英寸，片）

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2017-2023年光伏領域用GaAs襯底市場總額預測（百萬美元）

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    自主可控趨勢明確，拉開半導體材料國產化替代序幕。不論是射頻芯片，還是激光、LED器件，材料制造環節都是產業鏈的核心價值所在，而目前基本由海外企業高度壟斷，國產化、自主品牌建設意識持續升溫。在自主可控的明確趨勢下，GaAs、GaN半導體材料行業有望迎來政策支持和產業升級的共振。