有色金屬行業(yè)砷化鎵深度研究報(bào)告

1、有色金屬行業(yè)砷化鎵深度研究報(bào)告 PAGE PAGE 10目錄 HYPERLINK l _TOC_250003 一、砷化鎵行業(yè)概況3、 砷化鎵材料簡介3、砷化鎵單晶片生產(chǎn)流程3、砷化鎵材料的應(yīng)用領(lǐng)域7、砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈概況8 HYPERLINK l _TOC_250002 二 砷化鎵行業(yè)市場規(guī)模測算11、砷化鎵襯底材料市場規(guī)模測算13、砷化鎵襯底應(yīng)用領(lǐng)域 2光電子器件15、砷化鎵襯底需求測算 3LED 器件17 HYPERLINK l _TOC_250001 三、砷化鎵行業(yè)競爭格局19、砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)呈寡頭壟斷格局19、國內(nèi)砷化鎵襯底生產(chǎn)商盈利能力低于國外22 HYPERLINK l _TOC_

2、250000 四、投資建議23、首次覆蓋給予“強(qiáng)于大市”評級23、 投資策略23五、重點(diǎn)公司推薦25一、砷化鎵行業(yè)概況、 砷化鎵材料簡介砷化鎵屬于第二代半導(dǎo)體，具有遠(yuǎn)優(yōu)于第一代硅半導(dǎo)體的頻率、子設(shè)備制造工業(yè)的基礎(chǔ)。砷化鎵屬于 III-V帶寬度大于硅，可以耐受更高電壓；砷化鎵的電子遷移率更是硅的67 倍，因此高頻性能十分優(yōu)異。、砷化鎵單晶片生產(chǎn)流程現(xiàn)功率放大、開關(guān)、發(fā)光等功能的基礎(chǔ)，所以襯底材料的單晶度、各 重中之重。 1）砷化鎵多晶合成。自然界中不存在砷化鎵晶體，需要PBN 坩堝中，在高溫高壓環(huán)境下合成砷化鎵多晶。 2）要有 HB 法、LED 法、VGF工（、液封切克勞斯基法、垂直梯度冷凝法（

3、VGF）等。其中 HB 法制作簡單、成本低，但是不易生長半絕緣型砷化鎵；LECVGF 法也能生產(chǎn)半絕緣型材料，而且位錯(cuò)密度低，成本較低，適合規(guī)模生產(chǎn)，但是生產(chǎn)中容易出現(xiàn)雙晶、花晶等現(xiàn)象。3）晶棒經(jīng)過定向、滾圓、切割、倒角、磨片、清洗等初加工流程，制備成晶片。晶棒需要被打磨成圓形，然后在鋼絲鋸和 SiC 切步打磨和清洗后被制成晶片。 4）過程。初加工后的晶片需要進(jìn)一步拋光、清洗，確保表面的平整度和潔凈度非常高。 5）砷化鎵晶體表面極易氧化，需要真空封裝后入庫。 砷化鎵單晶片向大直徑化發(fā)展。砷化鎵最早見報(bào)于 1929 年，由一名叫高的斯密特（Goldschmid）1952 年，德國科學(xué)家威才發(fā)現(xiàn)s

4、2年，中國研制出了我國第一個(gè) GaAs 單晶樣品。2001 年，北京有色金屬研究總院成功研制出國內(nèi)第一根直徑 4 英寸 VCZ 半絕緣砷化鎵2 寸到 4 寸（100mm）6 寸（150mm）再到 8 寸（200mm）的發(fā)展歷程，總的發(fā)展趨勢是晶體大直徑化。提條件。假設(shè)晶粒尺寸是 1.2 mm，晶粒間距是 0.2 mm，晶圓邊緣 5 mm 為無效帶。計(jì)算得到 3 寸的襯底可以生產(chǎn)有效晶粒約1662 個(gè)，而 6 寸襯底的晶粒數(shù)量大幅上升至 7682 個(gè)。6 寸襯底是 3 寸面積的 4 倍，但晶粒數(shù)量是 4.6 倍，從單位襯底面積來說大尺寸襯底產(chǎn)量更大；另一方面，單片襯底制造的晶粒越多，加工環(huán)節(jié)的生

5、產(chǎn)效率就越高，加工生產(chǎn)成本也會下降。所以總體來說，制造更 大 的 砷 化 鎵 襯 底 是 芯 片 成 本 下 降 的 重 要 前 提 條 件 。、砷化鎵材料的應(yīng)用領(lǐng)域砷化鎵單晶片可以分為半導(dǎo)體型和半絕緣型，廣泛應(yīng)用于射頻通信、LED、紅外探測器、激光等領(lǐng)域。根據(jù)電阻的不同，砷化鎵材LED 襯底，屬于相對低端的應(yīng)用。半絕緣型砷化鎵電阻比半導(dǎo)體型高 10 個(gè)數(shù)量級左右，主要用于高速、高頻器件，是射頻通信領(lǐng)域的核心材料。機(jī)中的 PA 元件，作用是將手機(jī)的通信信號放大，再通過天線發(fā)射出去。一般 4G 手機(jī)中會使用 5 個(gè)左右 PA的應(yīng)用主要是在 LEDLED發(fā)射激光器，主要用在通信系統(tǒng)和 D成像，比如

6、手機(jī)中的 3D 人臉識別模塊。、砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈概況鎵和砷原料先被制成砷化鎵多晶，再經(jīng)過 HB/LEC/VGF 等方法制成砷化鎵單晶棒；2）單晶棒經(jīng)過切、磨、拋過程制成單晶片；3）根據(jù)芯片功能需要在砷化鎵單層；4）芯片設(shè)計(jì)公司根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同的芯片電路； 5）經(jīng)過外延的砷化鎵片（晶圓）經(jīng)過蝕刻、沉積電路等流程，被制成數(shù)量龐大的晶粒（晶圓上面的小方格6）每個(gè)晶粒被封裝保護(hù)起來，再經(jīng)過測試合格后成為最終芯片產(chǎn)品。砷化鎵半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)主要分為整合元件制造商（IDM）和設(shè)計(jì)+代工兩種商業(yè)模式。砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈上主要有襯底制造、外延加工、芯片設(shè)計(jì)、晶圓代工、封裝測試幾大類公司。傳統(tǒng)的國際設(shè)計(jì)廠商比如Skywor

7、ks 和 Qorvo，采用 IDM 模式，從芯片設(shè)計(jì)到生產(chǎn)都自己被稱為 fabless 公司，代表性公司是海思半導(dǎo)體，這類公司設(shè)計(jì)芯被稱為 foundry，代表性公司是臺灣的穩(wěn)懋。二 砷化鎵行業(yè)市場規(guī)模測算預(yù)計(jì) 2023 年全球砷化鎵元件市場規(guī)模突破千億元 預(yù)計(jì)2023 年全球砷化鎵元件市場規(guī)模達(dá)到 157 億美元， 5 年 CAGR為 Yole 數(shù)據(jù)，2018 年全球砷化鎵元件市場總產(chǎn)值達(dá)到89 億美元，較 2017 年增長 0.45%，2012-2018 年 CAGR 為7%。預(yù)計(jì)到 2023 年，全球砷化鎵元件市場規(guī)模將達(dá)到 143 億美（折合人民幣超過0億元4年R為，增速加快。預(yù)計(jì)20

8、23 年國內(nèi)砷化鎵元件市場規(guī)模達(dá)到90 億美元， 5 年CAGR 為 44%。根據(jù)我們測算，2018 年國內(nèi)砷化鎵元件市場總產(chǎn)11值約 14 億美元，未來 5G 手機(jī)更新?lián)Q代，預(yù)計(jì)拉動大量 PA 用量，國內(nèi)砷化鎵元件需求量將繼續(xù)保持高速增長，2023 年砷化鎵元件規(guī)模有望達(dá) 90 億美元，5 年 CARG 為 44%。 關(guān)鍵假設(shè)：3G 手機(jī)PA 單機(jī)價(jià)值為 4.5 美元，4G 手機(jī) PA 單機(jī)價(jià)值為 7.5 美元,5G手機(jī) PA 單機(jī)價(jià)值為 9 美元；手機(jī) VCSEL 器件單價(jià)為 2 美元，手機(jī)用 VCSEL 在整體光電子元件中占比逐年上升，2018-2023 年從 37%上升至 78%；LE

9、D 器件的市場規(guī)模為 LED 襯底市場規(guī)模的 20 倍。 PAGE PAGE 21、砷化鎵襯底材料市場規(guī)模測算2023 年全球 5G 手機(jī)出貨量達(dá)到 8.55G 手2.5 億部。2020 年為 5G 全面商用元年，預(yù)計(jì)全球 5G手機(jī)出貨量達(dá)到 2.5 億部左右。到 2023 年全球 5G計(jì)快速上升到 8.5 億部，滲透率達(dá)到 57%，對應(yīng) 2020-2023 年全球 5G 手機(jī)出貨量 CAGR 為 50%5G 手機(jī)發(fā)展白皮書披露2023 年中國 5G 手機(jī)出貨量將上升至 2.5過當(dāng)年手機(jī)整體出貨量的一半。5G機(jī)射頻芯片中有 LNA、PA、Switch 等，其中 PA 元件主要為砷化鎵工藝，其他

10、射頻芯片部分使用砷化鎵工藝。我們估算 2018 年手機(jī)射頻芯片用砷化鎵襯底市場規(guī)模為 2.6 億美元。未來隨著 5G 手機(jī)出貨量逐漸上升，預(yù)計(jì) 2023 年全球手機(jī) PA 用砷化鎵襯底市場規(guī)模將達(dá)到 5.1 億美元，全部手機(jī)射頻芯片將拉動 6.3 億美元的砷 年年 為 手機(jī)平均每部手機(jī)用5個(gè)ys G手機(jī)用 16 個(gè) PA；每片 6 寸砷化鎵襯底可以生產(chǎn) 10000 個(gè) PA；每片 6 寸砷化鎵襯底價(jià)值 300 美元；手機(jī) PA 元件用砷化鎵襯底占所有手機(jī)射頻芯片用襯底的 80%。預(yù)計(jì) 2019 年中國手機(jī)射頻芯片用砷化鎵襯底實(shí)現(xiàn)從零到有的突破，2023 市場規(guī)?？焖僭鲩L至 1.7 億美元，4

11、年 CAGR 為 159%。2018求下，我們預(yù)計(jì) 2019 年國產(chǎn)襯底滲透率會實(shí)現(xiàn) 0 的突破，未來隨著國內(nèi)襯底生長技術(shù)逐步提升，預(yù)計(jì)到 2023 年用于手機(jī)射頻芯片的國產(chǎn)砷化鎵襯底市場規(guī)模將達(dá)到 1.7 億美元， 4 年 CAGR 為159%。 關(guān)鍵假設(shè)：2018-2023 年，手機(jī) PA 用國產(chǎn)砷化鎵襯底滲透率從 0%上升至 90%；手機(jī) PA 元件用砷化鎵襯底占所有手機(jī)射頻芯片用襯底的 80%。、砷化鎵襯底應(yīng)用領(lǐng)域 2光電子器件目前主流智能手機(jī)均已配備 VCSEL。VCSEL 芯片的襯底材料為砷化鎵半導(dǎo)體，具有功率低、光束質(zhì)量高、可聚焦性好、封裝尺寸OPPO、小米、vivo 等為代表的

12、智能手機(jī)廠商已經(jīng)使用 VCSEL 的 3D 識別模塊。預(yù)計(jì) 2023 年全球光電器件用砷化鎵襯底市場規(guī)模為 1.43 億美元，5 年 CAGR 為 34%。我們測算，2018 年全球智能手機(jī) VCSEL 芯片用6 寸砷化鎵襯底7 萬片，預(yù)計(jì)2023 年全球智能手機(jī)中VCSEL 滲透率快速上升，拉動6 寸砷化鎵襯底需求量上升至60萬片，對應(yīng)市場規(guī)模為 1.2 億美元。疊加穩(wěn)定增長的其他光電器件用砷化鎵襯底需求，預(yù)計(jì) 2023 年全球光電器件用砷化鎵襯底規(guī)模為 1.43 億美元，5 年 CAGR 為 34%。 關(guān)鍵假設(shè)：未來每部手機(jī)用 2 個(gè) VCSEL 芯片；一片 6 寸砷化鎵襯底可以生產(chǎn) 50

13、00 個(gè)VCSEL 芯片；一片手機(jī) VCSEL 用 6 寸砷化鎵襯底價(jià)格為 200 美元，其他光電器件用砷化鎵襯底價(jià)格為 150 美元。2019-2023 年其他光電器件用砷化鎵襯底年均增速為 5%。預(yù)計(jì) 2023 年中國光電器件用砷化鎵襯底市場規(guī)模為 0.45 億美元，5 年 CAGR 為 38%。我們預(yù)計(jì)未來國產(chǎn)砷化鎵襯底在國產(chǎn)手機(jī)VCSEL 芯片中使用的滲透率快速上升，2023 年市場規(guī)模將達(dá)到3300 萬美元。疊加其他光電器件用砷化鎵，2023 年國內(nèi)全部光電器件用砷化鎵襯底規(guī)模有望達(dá)到 4500 萬美元， 5 年 CAGR 為38%。 關(guān)鍵假設(shè)：2018-2023 年，手機(jī) VCSE

14、L 用國產(chǎn)砷化鎵襯底滲透率從 0%上升至 95的 50%。、砷化鎵襯底需求測算 3LED 器件Mini/Micro LED 顯示效果優(yōu)于傳統(tǒng) LCD 技術(shù)，有望成為LEDMini/Micro LED 是小間距 LED 的發(fā)展產(chǎn)物，具有高密度集成的 LED 陣列，芯片尺寸都在微米量級，能夠大LEDinside 預(yù)測，2023 年 Mini LED產(chǎn)值將達(dá)到 10 億美元。預(yù)計(jì) 2023 年全球 LED 用砷化鎵襯底市場規(guī)模為 2.7 億美元，中國為 1.4 億美元。預(yù)計(jì)未來 Mini/Micro LED 技術(shù)的逐步滲透將大幅拉動 LED 用砷化鎵襯底。我們估算 2018 年全球 LED 用砷化鎵

15、襯底為 89 萬片，2023 年將上升至 225 萬片，對應(yīng)的市場規(guī)模為2.75 年 CAGR 為 20%，2023 年 LED 用砷化鎵襯底國內(nèi)市場規(guī)模為 1.4 億美元。 關(guān)鍵假設(shè)：根據(jù) Yole 預(yù)計(jì)， LED 用砷化鎵襯底 2017-2023 年均增速為 20.4%；一片 LED 用 6 寸砷化鎵襯底為 120 美元/片；國內(nèi) LED 用砷化鎵襯底占全球比例為50%。預(yù)計(jì) 2023 年全球砷化鎵襯底市場規(guī)模為 10.5 億美元，中國 3.5 2023 年全球砷化鎵襯底規(guī)模約10.5 億美元，中國為 3.5 億美元。2018 年全球/國內(nèi)為 4.1/0.6 億美元，預(yù)計(jì) 2023 年全球

16、/國內(nèi)上升至 10.5/3.5 億美元，全球和國內(nèi)的 5年 CAGR 分別為 21%和 45%國內(nèi)方面射頻芯片用襯底占比大幅上升。三、砷化鎵行業(yè)競爭格局、砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)呈寡頭壟斷格局砷化鎵上游襯底到下游元件價(jià)值量逐級放大。根據(jù) Strategy 數(shù)據(jù)顯示，晶圓代工、元件的市場規(guī)模分別為 4.6 億美元、11.0 億美元、56.7億美元、88.7 億美元。2018 年數(shù)據(jù)顯示，砷化鎵上游襯底到下游元件，市場規(guī)模放大約 18 倍。砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均處于寡頭壟斷的競爭格局。根據(jù) StrategyAnalytics 數(shù)據(jù)，砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈上，各環(huán)節(jié)的 CR2 都大于 50%，單晶襯底、外延片和晶圓代

17、工環(huán)節(jié)的 CR3 甚至接近 90%，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)明顯的寡頭壟斷格局。為：原材料開采環(huán)節(jié)競爭力強(qiáng)；單晶制造環(huán)節(jié)競爭力一般；外延片中的射頻器件競爭力較弱、光電器件有一定競爭力；IDM 中的射頻器件競爭力缺失，主要集中在 LED 芯片的上下游垂直整合。砷化鎵襯底的主要生產(chǎn)商有日本的住友電工（SEI、德國的Freiberger、美國的 AXT90%的市場份VB4 寸和 6 寸單晶片，目前是全球半絕緣型砷化鎵單晶片水平最高的公司 。德國Freiberger 主要以 VGFLEC 法生產(chǎn) 2 到 6品全部用于微電子領(lǐng)域。美國 AXT 的生產(chǎn)基地在中國，產(chǎn)品中一半用于 LED，一半用作微電子襯底。 國內(nèi)廠

18、商技術(shù)水平和國外差距較大，主要以生產(chǎn) LED 用半導(dǎo)體型襯底為主，半絕緣型砷化鎵材料滲透率僅為 1.3%。國內(nèi)生產(chǎn)砷化鎵襯底的公司主要有云南鍺業(yè)、大慶佳昌、中科晶電、有研光電、廣東先導(dǎo)、中電科 46 所、北京通美（AXT 在國內(nèi)的公司）等。這些公司主要生產(chǎn) 26 英寸的導(dǎo)電型砷化鎵襯底，用于 LED 居多。云南鍺業(yè)近兩年開始投入生產(chǎn)，目前主要生產(chǎn)用于 VCSELLED 用型襯底的加工工藝，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn) 6 英寸、低缺陷密度、高表面質(zhì)量的砷化鎵襯底。、國內(nèi)砷化鎵襯底生產(chǎn)商盈利能力低于國外用于 LED 按下游應(yīng)用分，LED 用襯底價(jià)格最低，激光器用襯底價(jià)格中等，高頻功率器件用價(jià)格最高。按尺寸分，從 2

19、 寸到 4 寸到 6 寸，價(jià)格依次升高。成本方面，主要由原材料、坩堝、切、磨、拋環(huán)節(jié)構(gòu)成，其中原材料占成本的比例較高，為 60%左右。理論上不同類型砷化鎵單晶片成本相差不大，半絕緣型加工難度大，成品率低，所以成本會相應(yīng)升高。22化鎵材料生產(chǎn)企業(yè)以低端 LED 產(chǎn)品為主，利潤率較低。對比美國AXT 公司和國內(nèi)有研新材光電材料毛利率水平， 2018 年 AXT 公司產(chǎn)品毛利率達(dá)到 36.2%，有研新材僅為 10.6%。產(chǎn)化進(jìn)程受阻。四、投資建議、首次覆蓋給予“強(qiáng)于大市”評級砷化鎵行業(yè)收益自主可控趨勢上游襯底和下游元件景氣度上升。我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控趨勢下未來國內(nèi)砷化鎵元件市場規(guī)模將 快速擴(kuò)大，

20、其中手機(jī)用 PA 和光電子器件為需求主要增長驅(qū)動力， 預(yù)計(jì)在高毛利率產(chǎn)品拉動下行業(yè)內(nèi)公司盈利水平有望明顯上升未 來上游砷化鎵襯底材料市場規(guī)模也加速擴(kuò)大，手機(jī)PA 用襯底貢獻(xiàn)利潤最高。首次覆蓋砷化鎵半導(dǎo)體行業(yè)，給予“強(qiáng)于大市”評級。、 投資策略 PAGE PAGE 27砷化鎵 LED技術(shù)優(yōu)勢和產(chǎn)能充足的企業(yè)，重點(diǎn)推薦云南鍺業(yè)。 一、推薦傳統(tǒng)砷LED 砷化鎵備和經(jīng)驗(yàn)積累。從國家戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等角度考量，培養(yǎng)本土射頻、化鎵元件項(xiàng)目的公司有望提前卡位，獲得先發(fā)優(yōu)勢，搶占市場份額。推薦三安光電。 二、推薦有砷化鎵襯底生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢，產(chǎn)能充足的薦云南鍺業(yè)。五、重點(diǎn)公司推薦云南鍺業(yè)：受益自主可控，砷化鎵襯底業(yè)

21、務(wù)迎來黃金期 公司砷化鎵襯底技術(shù)領(lǐng)先且產(chǎn)能充足。公司 2013 年成立云南鑫耀半導(dǎo)體公司，開始實(shí)施“砷化鎵單晶材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”建設(shè)。云南鑫耀和中的關(guān)鍵技術(shù)難題，目前公司已經(jīng)具備生產(chǎn) 6 英寸半絕緣型砷化鎵襯2018 年年報(bào)中，公司披露擁有砷化鎵單晶片產(chǎn)能為 80 萬片/年（折合 4寸2-6體和晶片被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路以及 LED 通用照明等領(lǐng)域。光高純四氯化鍺產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的龍頭企業(yè)，現(xiàn)擁有每年60 噸超高純四氯化鍺產(chǎn)能2018 年市場超過 50%，為行業(yè)絕對龍頭。公司目前已經(jīng)培育了穩(wěn)定的高端客戶群體，如長飛光纖、烽火通信、富通集團(tuán)等。 上游鍺戰(zhàn)略資源優(yōu)勢明顯，支持公司向鍺深加工

22、業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。截至目前，公司是國內(nèi)鍺資源儲量最大的企業(yè)，旗下?lián)碛凶杂墟N礦和含鍺褐煤礦在內(nèi)的6 個(gè)鍺礦山，累計(jì)鍺金屬儲量達(dá)到7 噸占云南省鍺資源儲量的 中國 全球 %年云南鍺業(yè)鍺總體產(chǎn)量達(dá)到 50.7 噸，占中國總供給量約 68%，占全球 42%市場份額具有上游資源儲備和生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)勢。公司開拓鍺深加工業(yè)務(wù)預(yù)計(jì)未來深加工產(chǎn)品營收占比快速升高公司早期業(yè)務(wù)主要以生產(chǎn)初級鍺錠為主，2016 年鍺錠營收占比為鍺產(chǎn)品總收入的 58%。隨著公司逐漸開始向光纖、紅外、光伏等高精尖領(lǐng)域投放2019-2022加工產(chǎn)品營業(yè)收入占所有鍺產(chǎn)品營收的比例分別為 61%、65%、70%74%5G2019 年-2021年歸屬于母公

23、司凈利潤預(yù)測分別為 0.15/ 0.40/1.00 億元，對應(yīng)EPS 預(yù)測分別為 0.02/0.06/0.15業(yè)，受益于砷化鎵業(yè)務(wù)快速增長和鍺業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)營，預(yù)計(jì) 2020 年公司業(yè)績將大幅增厚。給予公司 1.6 倍 PEG，結(jié)合 DCF 估值，給予未來一年目標(biāo)價(jià) 12 元，對應(yīng)市值 78Mini/Micro LED 布局 布LEDLED 芯片端，積極布局1）芯片：公司2018 年 LED 芯片產(chǎn)能 0.43 億片，全國第一；2）原材料：LED 襯底年產(chǎn)能 0.42 億片，躍居同業(yè)第一；3）下游應(yīng)用：汽車車燈產(chǎn)能達(dá) 556 萬套/年，且客戶導(dǎo)入順龍頭地位強(qiáng)化。 芯片持續(xù)跌價(jià)疊加存貨減值等影響，公司19H1 業(yè)持續(xù)跌價(jià)，公司上半年在銷量增長的情況下收入端繼續(xù)下滑，同比-18.833.913.7pcts 至 2