性能优势助推应用落地，第三代半导体材料机会显现

性能优势助推应用落地，第三代半导体材料机会显现

来源：国泰君安产业观察

赵子健 证书编号：S0880520060003

宋亚楠 证书编号：S0880520080009

摘要

相比于第一代半导体材料Si，以SiC和GaN为代表的第三代半导体材料具备高频、高耐压的材料性能，使其在大功率、高频率场景具备显着的性能优势。英飞凌的研究显示，相比于Si基器件，使用SiC MOSFET器件的逆变器/整流器可以实现三分之二的尺寸减少和75%的重量减少，整个系统的成本可以降低20%。GaN System认为，使用GaN器件可以减少驱动器50%的体积，并减少30%的能源消耗，降低25%的系统成本。巨大的性能优势使得第三代半导体材料在增量市场中展现出巨大发展潜力，在存量市场中具备了部分替代Si材料的可能。

与第一代半导体产业显着不同的是，第三代半导体产业中的领先企业具备衬底材料制造、器件设计、制造和封测的全垂直一体化能力，这主要是因为第三代半导体产业资本密集度相对不高，容易诞生全产业链企业。此外，第三代半导体器件设计企业可以直接利用其拥有的Si基半导体产业IDM经验，这也促成了全垂直一体化产业形式的主导地位。受益于新应用场景的快速落地和潜在应用领域的不断拓展，第三代半导体材料产业发展迅速，且预计未来仍将保持20%以上的高速成长。

2016年7月，国务院下发的《“十三五”国家科技创新规划》明确提出重点发展第三代半导体材料，从宏观政策层面确立了第三代半导体材料的重要地位。经过几年的产业布局，需求层面的逐步落地促成了第三代半导体材料产业的快速成长，5G设备及基站、汽车电子、新能源发电/输送电等一系列新兴应用场景带来了极大的产业发展动力，相比于第一代、第二代半导体材料的性能优势也使第三代半导体材料具备更强的市场竞争力。近年来，资本市场热度的不断提升，进一步推动了优质第三代半导体材料企业的发展壮大。我们认为，在产业政策、下游需求、资本市场等多方面因素的驱动下，自身具备极大性能优势的第三代半导体材料将迎来产业快速发展的机遇期，建议重点关注具有强客户资源、强技术背景的头部企业。

目录

一、第三代半导体材料的优势及应用

二、第三代半导体材料产业的现状与趋势

三、第三代半导体材料产业发展的驱动因素

四、我国部分第三代半导体材料企业简介

五、结论

一、第三代半导体材料的优势及应用

半导体材料的发展历经了以Si为代表的第一代、以GaAs为代表的第二代，进入到了以SiC及GaN为代表的第三代。虽然SiC和GaN在工业上早有应用，但是近年来由于电动汽车行业的带动、5G时代的到来、LED产业的快速发展以及其他大功率器件性能要求的不断提高，第三代半导体的应用范围不断扩展，市场规模不断增长。由于我国相比于国际先进水平差距并不大，且市场规模仍然较小、企业多处在发展阶段，第三代半导体有望成为新的投资热点。

需要说明的是，半导体材料代际之间没有直接的替代关系，第三代半导体也不是为了替代Si基半导体而产生的。由于规模效应明显且成本低廉，Si基半导体占据了整个半导体市场的绝大多数份额；而第三代半导体材料重点聚焦，主要应用于高压、大功率、高频等场景，与Si基半导体形成了差异化竞争。

半导体材料有几项核心的物理特性。禁带宽度反映了价电子跃迁到导带上所需的最小能级，决定了半导体器件的耐温性能；热导率影响器件的散热性能；击穿场强是指使得电介质被击穿的电压，击穿场强越大，可容忍的工作电压越高；高的电子饱和漂移速度、高的电子迁移速度意味着器件会有更好的高频响应速度，从而提升器件的高频性能潜力。

第三代半导体材料的应用场景就是由其本身的物理特性所决定的。相比于Si而言，第三代半导体材料具备更大的热导率，拥有更大的功率潜力；第三代半导体材料有更高的击穿场强，可在更大的电压条件下工作；由于GaN比Si有更大的电子饱和漂移速度和电子迁移速度，GaN器件的高频性能显着优于Si基器件。

综合而言，由于在散热、功率、电压和频率等方面的优势，相比于Si基半导体器件，第三代半导体器件可以显着减少能耗以及体积。英飞凌的研究显示，相比于Si基器件，使用SiC MOSFET器件的逆变器/整流器可以实现三分之二的尺寸减少和75%的重量减少；同时，由于体积和质量的减少，整个系统的成本可以降低20%。GaN System也认为，使用GaN器件可以减少驱动器50%的体积，并减少30%的能源消耗，降低25%的系统成本。

图1 第三代半导体材料性能具备极大优势（以Si为1作为基准）

资料来源：赛迪，Keysight，国泰君安证券研究

由于物理性质的不同，SiC和GaN也实现了差异化竞争。SiC主要聚焦于高功率、高电压场景，而GaN主要聚焦于高频场景。SiC的应用包括光伏逆变器、电动汽车功率器件、充电桩、工控系统功率器件、轨道交通、电网等，GaN的应用则包括LED、开关电源、适配器、无线充电、激光雷达等。

表1 第三代半导体材料主要应用于高温、大功率、高频等场景

资料来源：国泰君安证券研究

图2 SiC主要应用于大功率场景，GaN主要应用于高频场景

资料来源：英飞凌

SiC和GaN产业链也有一定的重合。目前，主流的大尺寸GaN衬底均是基于其他半导体材料单晶片的外延生长片，单晶GaN还难以做到较大的尺寸。外延主要是通过MOCVD过程来进行，涉及到的关键原材料和设备包括MOCVD设备和高纯度MO源，设备的精度和原材料的纯度将在较大程度上限制外延生长的质量。

图3 第三代半导体材料产业链

资料来源：国泰君安证券研究

二、第三代半导体材料产业的现状与趋势

2.1

产业结构：WIDM成为趋势

全球主要第三代半导体材料供应商和器件生产商集中在美国、日本和欧洲。其中，美国的SiC衬底及外延产业较为发达，科锐和贰陆均为产业内的领先企业；日本的GaN衬底产业较为发达，参与者包括住友、三菱等大型财团，罗姆收购Sicrystal后也完成了全产业链整合；欧洲具备完善的第三代半导体产业链，但其强势领域主要集中在器件环节，英飞凌、意法半导体和恩智浦是全球领先的半导体器件生产商。

图4 全球第三代半导体企业以欧、日、美为主

资料来源：国泰君安证券研究

科锐公司于1987年成立，1993年在纳斯达克上市。1991年，科锐制成了世界首款商用SiC晶圆，目前占据SiC衬底约40%的市场份额、器件约23%的市场份额，是全球SiC衬底的龙头，也是全球SiC器件市场的重要供应商。

科锐的产品分为两大部分：一是以第三代半导体器件为主要产品的Wolfspeed，另一部分则以LED为主要产品。从其产品线可以看出，科锐贯通了从SiC单晶片到GaN、SiC外延片，再到半导体芯片制造和器件封装的全流程。科锐不仅仅是传统意义上的IDM，由于其同时具备供应晶圆的能力，可以将其称之为“WIDM”（即Wafer和IDM的整合）。

图5 Si基半导体产业模式：IDM和产业分工并行

资料来源：国泰君安证券研究

图6 科锐公司产品线具备全纵向一体化特征

资料来源：科锐官网，国泰君安证券研究

在传统Si基半导体产业中，无论是先进制程的超大规模集成电路，还是非先进制程的模拟集成电路或分立器件，晶圆这一环节都是和下游厂商相互分离的，下游的大型IDM厂商或Foundry并没有向上并购晶圆厂的意愿。

对于较为复杂的、资本投入极高的超大规模集成电路领域，整个产业分为Wafer+IDM模式和Wafer+Fabless+ Foundry+OSAT模式两类；而对于相对不复杂的分立器件和模拟集成电路领域，产业内的企业往往是Wafer+IDM模式，如五大晶圆厂（信越、信高、世创、环球晶圆和SK Siltron）向德州仪器、恩智浦、意法半导体等供应晶圆。

图7 第三代半导体产业模式：IDM和WIDM为主

资料来源：国泰君安证券研究

第三代半导体产业却大相径庭。产业内确实存在分工更加细致的Wafer+Fabless+Foundry+OSAT模式，但主流厂商和领先企业要么采用Wafer+IDM模式，要么直接采用WIDM模式。科锐、贰陆、住友电工、三菱集团等均属于WIDM模式企业；罗姆通过并购SiCrystal也成为了WIDM企业。

可以说，领先企业的组织结构是从晶圆到封装的全产业链整合模式，因此第三代半导体产业将以产业链垂直整合为主流发展方向。

造成Si产业链和第三代半导体产业链差异的主要原因有以下两点：

（1）第三代半导体产业资本密集度相对不高，容易诞生全产业链企业。三代半导体材料目前主要应用于半导体分立器件及简单集成电路上，不具备超大规模集成电路产业的资本密集型特点，生产线不需要超量的资金投入，也不需要通过超大规模以实现规模经济，可以不进行产业分工。同时，由于三代半导体器件的定制化程度相对较高，贯通从晶圆供应到器件封装的全产业链有助于生产和研发效率的提升。因而，晶圆制造商直接向下游发展，产生了不同于Si产业链的“WIDM”模式。

（2）第三代半导体器件设计企业可以直接利用其拥有的Si基半导体产业IDM经验。领先的三代半导体器件设计企业主要为Si基半导体产业玩家，多数为IDM厂商，拥有IDM的基因，能够部分复制其在Si基半导体产业的经验曲线并直接利用在第三代半导体产业中。

2.2

市场规模：快速扩张将持续进行

从2016年到2018年，第三代半导体材料产业的规模迅速增大，年增长率均保持在20%以上。2018年，全球第三代半导体材料产业规模为4.19亿美元，虽然规模并不大，但是相比2017年也增长了40%以上；我国的产业规模更小，仅仅为0.84亿美元，但是增速高达47%。

根据赛迪的预测，未来三年，我国第三代半导体材料市场规模将依然保持高速增长。其中，SiC衬底将保持30%左右的高速增长态势，GaN市场规模增速也能够保持在20%左右。2021年，SiC衬底和GaN衬底的市场规模将分别达到7.97亿元和3.93亿元。

图8 第三代半导体材料产业规模增长速度快

资料来源：赛迪，国泰君安证券研究

图9 我国第三代半导体材料市场规模将继续保持高速增长

资料来源：赛迪，国泰君安证券研究

从全球角度来看，未来几年，全球主要第三代半导体材料市场参与者均有大规模扩产计划。其中，科锐投资10亿美元，计划用7年时间扩充产能30倍，其产品将应用于电动汽车、5G通信和工业控制场景；罗姆投资800亿日元，计划用9年时间扩充产能16倍；昭和电工则在1年之内将产能扩充了2倍。从这些企业的扩产计划也可以看出来，未来几年将是第三代半导体材料产业的高速发展期。

表2 全第三代半导体市场领先企业将大规模扩产

资料来源：公司年报，国泰君安证券研究

在电动汽车领域，根据赛迪给出的数据，以特斯拉的双电机全驱动版为例，其IGBT使用量共计132个，总价值可达650美元。根据英飞凌的数据，单辆电动汽车中功率器件的使用量大约为355-775美元不等，其中包括Si基IGBT和SiC基MOSEFT等。根据彭博的《Electric Vehicle Outlook 2020》报告，2030年全球电动汽车销量预计将达到2600万辆。若三代功率半导体对Si基功率器件进行全面替代，以2030年电动汽车的市场规模为基础进行测算，电动汽车所带来的功率器件的潜在市场容量大约在十数亿美元至百亿美元左右。

2.2

技术趋势：衬底大型化仍然成立

目前最先进的Si片为12英寸尺寸，在2000年左右就已经量产。相比于Si衬底技术发展，SiC衬底技术发展水平还有较大差距；但SiC衬底技术发展迅速，仅用十年多的时间，商业化尺寸便从2英寸发展到6英寸。目前，国际主流厂商也已完成8英寸的研发，部分已经实现量产。

图10 SiC将沿着衬底大型化的方向持续发展

资料来源：贰陆

我国部分企业已实现了6英寸SiC衬底的量产，未来几年将进一步提升质量、降低缺陷。根据赛迪的预测，我国企业将于2025年之前完成8英寸SiC的研发，在2030年之前完成商业化量产。

表3 我国第三代半导体材料技术发展路线

资料来源：赛迪

由于GaN的特殊性，其单晶片较难制备，因此大尺寸GaN衬底均为Si基、SiC基或蓝宝石基外延片。在这方面，相比于赛迪给出的技术发展路线，国内企业的实际进度更快一些，目前已经有企业能够提供6英寸GaN外延片了。

总体而言，国内企业和国外领先企业的差距并没有Si基半导体产业那么大，特别是相对而言产业化更晚的GaN产业。这对于国内企业和相关产业而言，意味着存在迎头赶上的可能。

以SiC为例，第三代半导体产业技术创新战略联盟CASA给出的未来25年衬底尺寸的应用趋势显示，大衬底将逐渐占据更多的市场份额。在未来5-10年左右，6英寸衬底将占据大部分市场份额，而8英寸衬底的大规模应用仍需时日。

图11 5-10年内，6英寸衬底将占据主导地位

资料来源：CASA，国泰君安证券研究

三、第三代半导体材料产业发展的驱动因素

第三代半导体产业能够快速发展，并将在未来一段时间内持续保持迅速扩张的势头，我国也将迎来第三代半导体材料产业的发展机遇，其背后的主导因素有以下几点。

3.1

第三代半导体材料优势明显，前景广阔

从物理性质上来说，GaAs材料热导率较低、击穿场强较小、禁带宽度较窄，因此相比于第三代半导体材料而言，其大功率、高电压性能明显偏弱；但其电子迁移速度和饱和电子漂移速度更大，因此更适合高频场所，因此与GaN的竞争关系更突出一些。但同时，由于GaAs热导率以及击穿场强方面的性能较差，在功率性能和器件小型化方面劣于GaN，因此GaAs可能会越来越难以满足5G的技术需求。

As是一种剧毒元素。虽然GaAs的毒性至今仍没有被完整地研究过，但普遍认为其具有一定的毒性。GaAs的晶体很稳定，如果身体吸收了少量的GaAs，其影响并不大；但是，进行晶圆抛光工艺时，晶圆表面的区域会和水起反应，释放或分解出少许的As。不可否认的是，毒性的存在将限制GaAs应用领域的拓宽。

GaAs元器件的市场规模相对较大，在2018年达到88.7亿美元。但市场规模增速呈下降趋势，过去三年增长较为缓慢，增量空间已经较少。未来一段时间内，GaAs市场仍可能保持一定的扩张速度；但毫无疑问的是，第三代半导体将抢到更多的市场份额。在射频器件市场中，GaN的市场占比将从2018年的28%增长到2025年的55%，7年时间内市场占有率有望翻一倍；而GaAs市场占有率大概率维持不变。

图12 GaAs器件市场发展放缓

资料来源：Strategy Analytics，国泰君安证券研究

图1 互联网医院主要细分服务领域

资料来源：Yole，国泰君安证券研究

3.2

增量市场+存量替代，下游应用空间广

从中长期角度来看下游产业对第三代半导体材料产业的促进作用，应当关注需求量大的重点产业。在C端市场中，需要重点关注的是消费电子产品和电动汽车产业；在B端的器件市场中，则需要关注功率半导体和LED两大类，其中功率半导体将大量应用于电动汽车和消费电子产品。

表4 第三代半导体的应用不断落地

资料来源：国泰君安证券研究

虽然有很多产业界人士和学术界专家指出“半导体公司转向宽带间隙材料的动机并不是要替代传统硅产业”；但是在部分领域，SiC和GaN替代Si基是技术发展的必然趋势。

（1）功率半导体的应用

在电动汽车的车载级电机驱动器、OBC（车载充电机）和DC/DC中，SiC功率器件的应用较为普及，发展方向兼具高电压、大功率、高效率和轻量化。功率半导体在消费电子产品中的应用主要集中在无线充电、电源适配器等配件上，发展方向兼具高效率、高功率、小型化。

图14 功率半导体在手机中的应用

资料来源：国泰君安证券研究

此外，功率半导体在发电和输电系统中也有应用，包括风力发电中的整流器、太阳能发电中的汇流箱、将直流电转化为特定频率交流电的逆变器以及将低压转换为高压的变压器。

功率器件是汽车电动化的关键环节。OBC是指安装在电动汽车上的充电器，其功能是依据电池管理系统提供的数据，将民用单相交流电（220V）或工业用三相交流电（380V）转换为动力电池可以使用的直流电压，对新能源汽车的动力电池进行充电；车载DC/DC的功能是将动力电池输出的高压直流电转换为12V、24V、48V等低压直流电，为仪表盘、车灯、雨刷、空调、音响、电动转向、ABS、发动机控制、安全气囊等车载低压用电设备和各类控制器提供电能；逆变器是把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换器，适用于空调、车载冰箱等场景。

图15 功率半导体在发电/输电中的应用

资料来源：国泰君安证券研究

从存量替代角度来看，现阶段DC/DC和逆变器主要使用Si基功率器件，未来将逐步采用SiC基MOSFET器件进行替代；从增量市场角度来看，电动汽车无线充电技术和大功率DC/DC快速充电技术的应用，也将提供SiC基功率器件的新应用场景。

图16 SiC器件将在汽车电子化进程中部分替代Si器件

资料来源：罗姆

在射频器件市场中，未来几年，GaN将进一步挤占Si基LDMOS的市场份额。根据Yole预测，到2025年，在GaN射频器件市场占有率翻倍的情况下，Si基器件的市场占有率将从三分之一的份额迅速下滑至12%。

总体而言，从下游角度来看，第三代半导体发展的驱动力主要体现在以下四点：

（1）大功率充电的需求。未来随着电池技术、充电技术的发展，会逐步有越来越大的充电功率要求；大功率一个方向就是提高充电电压，这方面的应用将体现三代半导体高耐压的性能。

（2）高效率充电的需求。目前非车载充电Si基半导体系统的效率在96%左右，而使用三代半导体进行替换后，由于低导通损耗和开关损耗的优势，将使得系统效率提升至97-98%，系统效率的提升将降低充电运营类企业的运营成本。在电机驱动系统中，根据CASA的数据，以90kW额定功率的控制器为例，SiC基MOSFET效率稳定在99%以上，而Si基IGBT效率在低载时仅为92%，在高载时也不足98%。综合工况下，相比于IGBT，MOSFET将带来5%左右的效率提升。

图17 SiC MOSFET 90kW控制器的效率显着高于Si IGBT

资料来源：CASA，国泰君安证券研究

（3）汽车轻量化的推动。一方面源于三代半导体功率器件能耗更低，节能会间接带来轻量化优势；另一方面是因为三代半导体功率器件的体积更小、质量更轻，能够为器件的轻量化带来直接优势。

（4）器件小型化的需求。以适配器为例，手机、笔记本等的轻薄化发展趋势会带来适配器小型化的要求，而第三代半导体的性能优势使其在相同输出功率的条件下占用了更小的体积，能够适应器件小型化的发展趋势。

SiC材料在体积、能耗、环境耐受、高频响应和高压条件下均有更好的表现，SBD及MOSFET可以在许多场景对Si基IGBT进行替代，但存在以下难点：

（1）成本较高。相比于Si基器件，SiC MOSFET产品的成本约为4-5倍；国内由于技术水平、采购限制、量产进度等原因成本更高，大约为10倍左右。

（2）工艺及产品较为不成熟。由于Si基半导体产业链完备、工艺成熟、产品稳定，下游厂商更换新产品意愿不强。

（3）可靠性标准和试验较为缺失。现有SiC产品的试验大多沿用Si基器件的相关试验项目和方法，不能准确客观地反应SiC器件工作的可靠性及鲁棒性，影响了SiC器件的技术进展和进一步产业化推广的速度。

（4）技术较为落后。SiC目前最先进的晶圆尺寸仅为200mm，而300mm的Si晶圆产业化已接近20年，工艺极为成熟；在实现规模效应的条件下，更大的晶圆往往意味着更低的成本。

目前，GaN器件主要基于异质外延，耐压很难超过1kV，因此在低压应用要求较苛刻的场合会与Si基电力电子器件形成竞争态势。由于它们的特性，主要用于900V以下的消费电子、计算机/服务器电源等应用领域。IHS更看好GaN器件的未来发展，而Yole则仍看好Si基器件。GaN器件主要存在以下难点：

（1）成本较高。相比于Si基器件，GaN产品的成本约为4-5倍，这主要是由于外延成本较高导致的。

（2）工艺及产品较为不成熟。这包括了器件退化规律、失效机制与模式、增强可靠性方法等方面的不足，以及部分属性远未达到理论值的问题。

（3）外延生长技术面临难题。在大直径硅衬底上生长GaN外延技术仍然面临诸多难题，如硅衬底与GaN材料之间热与晶格失配问题、Si原子在GaN中的扩散问题等。

（2）LED产业中的应用

LED芯片用材料体系主要分为3种：（1）蓝宝石(Al2O3)基GaN，是最常用、最成熟的材料体系，用于大部分LED照明；（2）SiC基GaN，制造成本较高，但由于散热较好，适合低能耗、大功率照明器件；（3）Si基GaN，成本最低，适用于低成本显示。随着GaN单晶技术不断成熟，未来可能会朝着GaN同质外延方向发展。

我国LED芯片市场规模在2017年达到232亿元，且在过去几年中均保持较高增速，2012至2017年间市场规模的CAGR达到23%。

图18 我国LED芯片行业规模（亿元）仍保持高速增长

资料来源：国家半导体照明工程研发及产业联盟，国泰君安证券研究

全球LED照明的渗透率也在过去十年的LED产业化进程中不断增长，但2017年也不过达到37%，仍然有很大的渗透空间。

图19 全球LED照明渗透率仍有较大提升空间

资料来源：Digitimes

3.3

资本和政策介入，助力产业发展

鉴于国内与国际在第三代半导体材料领域存在的差距，在2016至2018年的三年时间里，以中央政府为主导，各地方政府也相应集中出台了不少第三代半导体材料相关政策文件。进入2018年，逐渐转由地方政府为主导出政策，对第三代半导体材料的发展进行具体推动及落实。

表5 2016年以来第三代半导体相关政策梳理

资料来源：政府官网，国泰君安证券研究

在地方政府具体配套政策不再展开介绍，其他未包含在表内的地方包括徐州市、福州市、厦门市、广州市以及山东省、江西省、河北省等省市。

据不完全统计，2016年以来，8家第三代半导体材料企业获得融资共计26轮，且多数都处于早、中期融资。

表6 2016年以来第三代半导体材料企业获得投资的情况

资料来源：私募通，企查查，国泰君安证券研究

四、我国部分第三代半导体材料企业简介

4.1

GaN企业

除了上市公司三安光电、扬杰科技、耐威科技在积极布局GaN外延片及器件外，国内有很多未上市的公司亦在该领域取得了一定的成就，其中部分企业介绍如下：

（1）华功半导体

2016年5月成立，主要产品是电力电子芯片、功率管及功率模块；可生产用于功率开关的8英寸Si基GaN外延片，及用于射频功率器件的6英寸Si基GaN外延片。

公司董事长张国义是北京大学宽禁带半导体联合研究中心主任，拥有超过20年的宽禁带半导体研究经历，同时也是中镓半导体董事长。中镓半导体于2009年1月成立，是华功半导体的第二大股东。目前，中镓半导体已经能够制造4英寸GaN单晶片及6英寸蓝宝石基GaN外延片。中镓半导体是光大集团半导体布局的组成部分，其他相关企业包括全球最大蓝宝石衬底供应商中图半导体、主营GaN基LED及功率器件的中晶半导体。

华功半导体副总裁、首席科学家刘扬博士曾在名古屋工业大学从事GaN功率电子材料和器件的研究；芯片设计总监张佰君博士于2000-2006年在名古屋工业大学从事Si基GaN材料与器件的研究；材料开发总监江灏博士毕业于名古屋工业大学，有多年III族氮化物半导体材料生长及器件开发经验；外延制造总监罗睿宏博士毕业于北京大学，拥有丰富的2-8英寸外延制造经验。核心技术团队均有20年左右的三代半导体研究开发经验。

（2）能讯高能半导体

2011年9月成立，主要产品包括Si基、蓝宝石基、SiC基GaN外延片，及GaN射频功率器件。

创始人张乃千1995年毕业于清华大学电子工程专业，2007年在加州大学拿到电子与计算机工程博士学位，是IEEE会员，也是全球最早一批研究GaN电子器件的人员之一。2000年曾在全球领先的第三代半导体公司科锐任职，2002-2006年在RFMD公司任职。

公司在2018年1月获得A轮投资，2018年6月获得B轮投资。

（3）纳维科技

2007年5月成立，其最大股东是中科院。主要产品包括2英寸GaN单晶片、4英寸蓝宝石基GaN外延片。目前是全球少数几家能够提供2英寸GaN单晶片的企业，下游客户超过300家，已经完成了4英寸GaN单晶片的技术开发。

公司董事长徐科是中科院博士；总经理王建峰是武汉大学博士，拥有从事GaN单晶制备及产业化开发10年以上的经验。

公司分别于2012年和2016年完成A轮融资和B轮融资。

（4）晶湛半导体

2012年3月成立。其主要产品为Si基、蓝宝石基、SiC基GaN外延片。2014年，完成了8英寸GaN外延片的研发。目前，其6英寸Si基GaN外延片产能为每月1万片。下游客户超过150家。

公司创始人程凯2002年毕业于清华大学电子工程系；是比利时鲁汶大学与欧洲微电子研究中心的联合培养博士，从事Si基GaN材料方面的研究，并于2008年获得电子工程博士学位；随后在欧洲微电子研究中心获得永久职位，致力于氮化镓外延材料、器件设计等方面的研发。

公司在2016年2月获得A轮投资，2017年12月获得B轮投资，2018年11月获得C轮投资，2019年4月获得D轮投资。

（5）芯冠科技

2016年3月成立，主要产品包括6英寸Si基GaN外延片、电力电子器件。2017年4月，6英寸650V Si基GaN外延片产业化生产线建成投产；2019年2月，650V Si基GaN功率器件在国内通过可靠性测试，并正式投放市场。产品主要应用于电源管理、太阳能逆变器、电动汽车及工业马达驱动等领域。

创始人梁辉南2002年毕业于浙江大学，随后在宾夕法尼亚大学拿到博士学位。2009年加入英特尔大连，2010加入美国一家三代半导体企业从事GaN外延工艺开发、调试及流程控制，拥有丰富的GaN外延工艺开发经验。

（6）英诺赛科

2015年12月成立。目前建成了8英寸Si基GaN晶圆与功率器件量产生产线，主要产品包括8英寸Si基GaN外延片及100-650V的GaN功率器件。针对氮化镓功率与射频器件，公司与国内封测龙头长电科技在晶圆级封装、QFN塑封、芯片测试等领域进行共同开发。

创始人骆薇薇于新西兰梅西大学获得应用数学博士学位。毕业后，在NASA工作了15年，随后返回国内创建英诺赛科。

公司在2018年7月获得A轮投资，2019年8月获得B轮投资。

（7）能华微电子

2010年6月成立。主要产品包括8英寸Si基GaN外延片、6英寸SiC基GaN外延片、6英寸蓝宝石基GaN外延片，及GaN的SBD、HEMT器件。公司承担了两项国家重点研发计划，即战略性先进电子材料重点专项“GaN基新型电力电子器件关键技术项目”及“高性能无源敏感薄膜材料及传感器芯片研发”，并承担了一项863计划“蓝宝石衬底GaN功率电子器件制备关键技术”。

创始人朱廷刚是德克萨斯大学奥斯汀分校电子工程学博士。

公司于2017年4月获得由毅达资本、苏民投参与的B轮融资。

这一类企业的特点是，公司创始人或者技术团队拥有很强的技术背景与经验，大多数都拥有海外相关专业博士学位，并在相关领域龙头企业中进行过若干年的研发工作。

4.2

SiC企业

（1）山东天岳

成立于2011年12月，是山东大学晶体研究所的产业化基地，其单晶生长和加工技术来自山东大学晶体材料国家重点实验室的技术转让。公司主要从事宽禁带SiC半导体衬底的研发与生产，广泛应用于电力输送、航空航天、新能源汽车、半导体照明、5G通讯等技术领域。公司是中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟的理事长单位。

公司量产产品以4英寸为主，最大可达6英寸。2018年11月，天岳SiC材料项目在浏阳高新区开工，项目总投资30亿元。一期主要生产碳化硅导电衬底；二期主要生产功能器件，包括电力器件封装、模块及装置，新能源汽车及充电站装置，轨道交通牵引变流器及太阳光伏逆变器等。

公司在2016年10月获得天使轮投资，在2019年8月获得华为旗下哈勃投资的A轮投资，并随后于2019年12月、2020年5月和2020年8月相继获得多轮融资。

（2）瀚天天成电子科技

成立于2011年3月。2012年3月，公司能够量产3英寸和4英寸碳化硅半导体外延晶片；2014年4月，公司能够量产6英寸SiC外延片。公司目前正在扩大产能，并在2019年开始逐步释放新产能。整个扩建项目预期实现十倍产能的增长，达产后可实现每年30万片的产能目标。

公司承担过一项02专项“SiC电力电子器件集成制造技术研发与产业化”，承担了两项863项目，即“基于SiC器件的并网光伏逆变器研制”和“大尺寸SiC材料与器件制造设备与工艺技术研究”，与中车建立合作并为其提供3300V碳化硅功率器件的外延片。

公司总经理冯淦毕业于中科院半导体所，获材料物理与化学专业博士学位，后就职于德国、日本多家科研机构，一直从事禁带半导体外延生长及其大功率器件的研制，拥有20年左右第三代半导体外延生长相关的研究经验。

公司于2015年1月获得天使轮融资，2016年2月获得Pre-A轮融资，2019年9月获得A轮融资，2020年3月获得A+轮融资，并于2020年6月及11月获得两轮后续融资。

（3）天科合达

成立于2006年9月，第三大股东为中科院物理研究所。截至2018年7月，公司4英寸SiC单晶片产能约为每年2万片，并计划扩充3倍产能。目前，公司SiC总产能为每年7万片。公司已经成功研制6英寸SiC单晶片，但暂未实现批量生产。公司近年投资5亿元建设的新项目达产后，可新增年产碳化硅晶片4万片、外延片1万片。

2015年3月，公司获得中和致信基金3000万的A轮投资，在2016年4月获得中和致信基金576.2万的B轮投资。公司在2016年12月挂牌新三板，并分别在2017年12月和2019年3月进行了两次定增。目前，公司已从新三板摘牌，正在申报科创板上市的进程中。

（4）世纪金光半导体

2010年12月成立。能够生产6英寸SiC单晶片及6英寸SiC同质外延片，同时也提供SiC基MOSFET及SBD器件。世纪金光于2015年成功研制其第一款SiC基SBD，开始SiC全产业链工业生产线建设；2016年，第一款碳化硅MOSFET器件研发成功；2018年2月，世纪金光6英寸SiC器件生产线成功通线，贯通了从单晶片制造到器件制造的全环节。

公司在2016年1月获得A轮投资，在2017年10月获得B轮投资，在2018年6月获得大基金投资。

国内其他能够量产SiC衬底的企业还包括同光晶体、天域半导体、博蓝特等。此外，国内还有很多能够量产SiC器件的非晶圆制造厂商，鉴于本报告重点讨论材料，在这里就不一一展开了。

五、结论

（1）第三代半导体材料在部分领域有替代Si的趋势。第三代半导体材料具备高耐压、高散热的性能，能够承受大功率，在降低能耗的同时实现器件的小型化和轻量化，在功率半导体领域将逐步替代Si基半导体器件。

（2）新能源汽车领域将是第三代半导体最重要的增量市场。第三代半导体功率器件将广泛应用于新能源汽车、消费电子、发电/输电、工业控制等领域。由于市场规模大、增长潜力强，新能源汽车及配套产业将成为引领第三代半导体产业快速发展的重要领域。

（3）未来几年将是第三代半导体产业爆发增长的关键时期。国际龙头企业已经开始积极布局并拓展第三代半导体器件的应用场景，科锐、罗姆等均加大投入并提出了扩大十数倍甚至数十倍产能的计划。

（4）我国第三代半导体材料产业有较好的投资机会。不同于我国在Si基半导体产业的被动局面，我国在第三代半导体产业的技术落后程度相对较小；且第三代半导体器件的应用近几年才拉开大幕，目前市场规模较小，头部企业的规模优势和客户壁垒有限。同时，国内政策和政府资助的扶持力度大，且国内第三代半导体企业的技术团队往往也极具实力。因此，在第三代半导体材料领域中，未来或有望跑出若干家上市公司。

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