第三代半导体产业分析（含功率电子、射频电子、光电子）

科技 2024-11-19 08:00 湖北

本文将对第三代半导体产业（即功率电子、射频电子、光电子）的市场应用、生产供给、企业格局等进行梳理，以供参考。

一、市场应用

（一）功率电子

1、总体市场规模

据CASAResearch统计，2023年国内SiC、GaN功率器件模组市场规模约为153.2亿元，同比增长45%。第三代半导体在功率电子领域渗透率超过12%，开始进入高速增长阶段。

国内市场中，新能源汽车（包括充电基础设施）是第三代半导体功率电子最大的应用领域，整体市场占比70.67%。其次是消费类电源和PFC，分别占比是11.16%和 5.78%。

2、重点细分应用

（1）车用第三代半导体功率器件市场约104 亿元

根据中国汽车工业协会数据，2023年，我国新能源汽车产销分别完成958.7万辆和949.5万辆，同比分别增长 35.8% 和37.9%，市场占有率达到31.6%。CASAResearch据此预测，2023年，国内新能源汽车用 SiC、GaN器件模组市场约104.1亿元。预计到2027年这一市场将达到347.3亿元。但随着奔驰、奥迪、宝马、福特等车企放缓电动汽车战略，该市场出现一定发展变数。

800V高压平台规模应用，加速SiC功率器件上车。据CASAResearch 统计，2023年全球近35家车企共推出了50多款支持800V高压平台的车型，主流价位在20-30万元/辆，且“800V+SiC”基本成为高端电动汽车标配。800V高压平台下，采用SiC功率器件不仅可使综合效率提升6%-8%,且可实现高速快充体验,如 1200V和 1700VSi℃器件可实现在7.5分钟内充电 80%以上。除此之外，电压平台从400V提升到800后，电动汽车核心三电系统以及DC-DC、OBC等部件都需要在800V甚至更高电压下正常工作，新装充电也需要同时适配 400V和800V。

（2）充电基础设施用第三代半导体功率器件市场超4亿元

根据中国充电联盟数据，2023年，国内充电基础设施增量为338.6万台，同比上升 30.6%。其中公共充电桩增量为92.9万台，同比上升42.7%，随车配建私人充电桩增量为 245.8万台，同比上升 26.6%，桩车增量比为1:2.8。据此测算，2023年，国内用于充电基础设施的第三代功率电子市场约4.2亿元，预计到 2027 年将达21.8亿元。

高压直流快充为SiC功率电子创造市场机会。直流快充和交流慢充分别适用于公用充电站与家庭车位应用场景。尽管目前交流慢充仍然贡献充电桩市场大部分增量，但直流快充新增装机量复合年均增长率（CAGR）高于交流慢充桩。随着电动车对续航里程要求的不断提高，市场对补能速度提出更高的要求，直流快充占比日渐提升。在直流快充中，相较于大电流方案（需要配备成本更高液冷方案），热损耗更小的高电压方案或成为主流选择。高压快充可以降低系统能耗，减少线束成本和重量，提升整车续航里程。随着高端电动车型从400V电压平台升级至800V电压平台，直流快充桩电压也需提升到800V-1000V，所用功率器件耐压则需提高到1200V，因此，SiC功率电子将获得更多市场机会。

（3）光伏与储能用第三代半导体功率器件市场超过6亿元

根据国家能源局数据，2023年全国新增光伏装机216.88GW，同比增长148%；2023年全国新型储能新增装机规模2260万千瓦/4870万千瓦时，较2022年底增长超过260%。随着光伏、储能产业的迅速扩张，光伏和储能逆变器市场也呈现高速发展态势。据此测算，2023年我国光伏逆变器全年出货量约433GW，光伏和储能市场用第三代半导体功率电子市场约6.05亿元，预计到2027年，该领域将超过10亿元，年均增速约16%。大功率，组串式光伏逆变器，微型逆变器及新兴储能市场是SiC功率电子另一主要应用，但受光伏产品价格持续下跌影响，总体市场规模不大。

（4）消费类电源用第三代半导体功率器件市场约17.1亿元

根据相关数据统计，2023年，国内主要消费类电子产品（包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、显示器和电动工具等）出货量超过12亿部/台，其中第三代半导体功率电子主要应用智能手机、平板电脑等快充电源。据此测算，2023年，国内消费类电源用第三代半导体功率器件模组市场约为17.1亿元，预计到 2028年将达到55.5 亿元，年均复合增长率约26.5%。

GaN功率电子仍以中小功率的消费类快充和适配器为主要应用。随着消费电子电池容量密度逐渐接近极限，在电池容量不变，耗电速度加快情况下，快充成为越来越多人的选择。快充技术最早突破手机市场，逐步覆盖到了平板电脑、笔记本电脑、显示器、电动工具等领域。目前在35-140W主流功率段GaN已经逐步取代硅基Cool MOS。当前，GaN 功率电子在这一市场的主流应用还是低压、小功率产品，以耐压200V，功率200W 及以下产品居多。

（二）射频电子

（1）总体市场规模

截至2023年底，我国5G基站总数达337.7万个，较2022年增加106万个。据此测算，2023年国内GaN射频器件模组市场规模为102.9亿元，较2022年同比增长16.2%。其中，无线基础设施是带动GaN射频电子市场增长的主要驱动力，市场规模约为59亿元，整体市场占比达57.3%；非民用的国防与航天应用 2023 年整体市场占比约 42.7%，其他为射频能量、卫星通信等市场。

2、重点细分应用

（1）无线基础设施市场规模约为59亿元

5G mMIMO 建设是GaN RF应用的第一驱动力。随着5G基站建设正在从2×2 MIMO模型向64×64 大规模MIMO（mMIMO）过渡，并用有源天线系统 (AAS) 取代远程无线电头（RRH），需要增加更多的功率放大器（PA）数量，同时PA还需处理不断增加的数据流量，降低功耗，为此SiC 基的GaN RF在 sub6GHz乃至7GHz 频段赢得了80%以上的市场机会。由于5G毫米波和6G要求更高频率和更低功耗，在这一应用方向上，Si基GaN RF会有应用机会，但也面临SiGe和InP等其他材料的激烈竞争。

（2）国防和航空航天市场占比约为43%

雷达、机载和船载等应用带动国防市场中GaN RF的发展。由于具有优越的功率和频率特性，GaN RF在国防市场中被广泛采用。特别是在机载雷达系统等高功率场景中，GaN RF可有效解散热问题。国防市场中，雷达和机载系统设备数量较多，将继续主导该市场，预计未来几年随着船载系统的增加也将带动GaN RF应用的增长。

（3）卫星通信、射频能量等市场有望增长

卫星通信应用正在成为GaN RF新的市场增长动能。在SpaceX公司 “星链计划”带动下，卫星通信技术和应用快速发展。GaN RF因为更高的频率、效率以及更大的功率，可为卫星通信提供从L/C/X 频段到Ku/Ka 频段更高的数据传输速率，从而实现更流畅的卫星信息交互，这一应用市场有望为GaN RF提供新增长动能。其次，微波炉、射频脉冲肿瘤消融/热疗、汽车点火等射频能量市场也在稳步发展中。

（三）光电子

第三代半导体光电子领域最为成熟的应用是LED，由于应用端需求复苏缓慢，LED 器件市场782.2亿元，同比微增0.5%。从细分市场来看，通用照明仍是最大的市场，整体市场占比45%，其中高光品质器件占比不断提升；LED显示市场上半年持续下行，到了下半年内需及出口市场均有所回暖，全年呈现微增态势，市场占比15%；受Mini-LED背光产品渗透率提升的带动，背光市场小幅增长，占比9%；车用LED市场是增长亮点，国产化 LED 器件及车灯替代率迅速提升，Mini/Micro-LED在自适应大灯、贯穿式尾灯、氛围灯开始导入，多款搭载Mini-LED车载显示的国产新能源汽车已经上市。

激光器是第三代半导体光电子领域发展热点之一。随着相关技术进步，在第三代半导体激光器在高速通信、智能驾驶、激光显示等领域的应用逐步增加。据CASA Research 粗略估算，2023年我国 GaN激光器的市场规模约为2亿元，预计到 2028 年将增长到4.6亿元。

二、生产供给

（一）功率电子

1、总体产值

2023 年，国内SiC与GaN功率电子总产值达364.8亿元，同比增长63.7%。其中，衬底约60.5亿元，外延约26.7亿元，器件及模组约55.5亿元，装置约222亿元。随着市场高速增长，前几年部署的产能开始逐步释放，衬底增速最快，超过 163.7%，外延增速 96.9%，器件及模组增速63.9%。

2、投融资与扩产

（1）SiC投资热情持续，8英寸是扩产重点

据CASA Research不完全统计，2023年全球公开披露的SiC相关扩产项目121起，披露的总投资金额高达260亿美元。其中，国内扩产项目97起。

（2）国内SiC投资增长 44%，金额超千亿

据CASA Research不完全统计，国内97起SiC 功率电子扩产项目中，新建项目64起，45 个项目披露的投资总额达1047.6亿元，较2022 年增长约44%。值得关注的是，天岳先进将上海临港工厂 6 英寸SiC衬底生产规模扩大至每年96万片；三安光电与ST合资，在重庆投资32亿美元（约220亿元）建设8英寸SiC 外延与芯片代工厂。同时，三安光电还将单独投资70亿元在重庆建设8英寸SiC衬底工厂。根据CASA Research 预测，到2027年，国内宣布的衬底产能将占全球产能 40%以上，行业出现SiC 过度投资，重复投资的担心。

（3）GaN市场拓展缓慢，新增投资不超百亿

据 CASA Research 不完全统计，2023年公开披露的GaN功率电子扩产项目22起，其中，国内拟新建项目11起，披露投资金额为53.8亿元。新增项目中，器件模块项目占比较多，金额占比达到58.7%。

（4）资本市场活跃，国内多家企业筹备IPO

由于国际上第三代半导体龙头企业多数已是上市公司，因此 IPO 案例较少。国内第三代半导体功率和射频产业处于快速成长期，随着应用需求日益旺盛，投资扩产需求增加、行业资金充裕，多个企业成功或正在启动 IPO。据CASA Research统计，2023年全球第三代半导体功率电子领域融资事件 89 起，披露的总金额约640亿元，其中国内78起，数量占比达到 87.6%，披露金额占比达 68.7%，约440亿元，相较于2022年披露的63.2亿元大幅增长。相关融资企业中，有 71%的企业已经度过A轮及前期融资，部分企业已完成上市或者正在筹备IPO。此外，2023年还有多个大笔融资案例，如积塔半导体融资135亿元、士兰微融资49.6亿元、长飞先进融资超 38 亿元，三安光电获股东增资100亿元。投资商除各大金融机构外，国家大基金和地方产业基金也积极参与其中，下游整机厂也纷纷加入，特别是新能源汽车企业热情高涨。国内第三代功率半导体企业整体融资情况乐观。

（二）射频电子

1、总体产值

2023年，国内GaN射频电子总产值达到71.8亿元，较上年增长17%。其中，衬底约8.35 亿元，外延2.9亿元，器件及模组12.4亿元，装置约48.2亿元。国内从事GaN射频电子生产的主要是中电科 13 所，中电科55所，以及三安集成、海威华芯、苏州能讯等企业。由于国际贸易纷争，华为、中兴等基站供应商开始选择国产替代产品，目前GaN射频电子的国产化率已经超过30%。

2、投融资与扩产

2023 年，GaN射频电子相关扩产项目共13起。其中，国内相关扩产项目共8起，已披露金额约41.2亿元，相较于2022年增加177%。国际上主要扩产企业有三星电子、RFHIC 等。国内扩产项目主要以中电科集团下属公司为引领，扩产方向主要是 GaN 射频电子器件、模组的研发与生产。

2023年，涉及GaN射频电子的融资事件共 7 起，已披露的融资额约40.9亿元。其中，国内5起，披露交易金额的4起，涉及交易金额3.1亿元。融资数量与金额相较于去年有所减少。目前国内GaN 射频电子市场产能供给较为稳定，且由于5G基站建设趋缓，新兴卫星通信等市场尚未完全启动，企业融资案例较少。

（三）光电子

1、总体产值

2023年，我国LED照明行业整体需求仍然疲软，库存高位、产能利用率不足，行业整体规模呈现下滑态势。预计全年总体产值约6578亿元，较去年下滑2.6%。

2023年上半年，LED行业一方面要应对外需疲软的严峻挑战，另一方面要面对由于供过于求导致的国内市场白热化竞争。下半年，随着出口市场逐渐回温的同时，内需市场稳步复苏。从产业环节看，上半年芯片企业营收下滑幅度较大，下半年产品价格有所回升，产能利用率也明显提升。芯片环节企业虽然全年营收实现了微增，但盈利空间受到明显挤压。封装环节企业整体营收较2022年有所好转，但上半年价格成本倒挂导致企业利润空间持续显著下滑，下半年虽有所回暖，但全年盈利能力仍出现较大幅度下滑。下游应用环节，国内外市场需求疲软，复苏不及预期，其中通用照明市场下滑最为明显，随着全球 LED 通用照明进入存量时期，叠加产业链外溢等因素，出口市场明显下滑。不过，LED 新兴细分市场仍保持了较高的景气程度，Mini-LED背光、直显渗透加速，车用LED国产替代大幅提升，体育场馆、工业、渔业等专业照明领域发展势头良好。总体而言，LED企业在通用照明市场上，着力于开发更符合市场需求的全光谱产品、智能化产品；在显示市场上，则着力发展Mini-LED背光、Mini-LED直显、Micro-LED显示；企业还重点开发高附加值的利基市场，如车用LED、农业光照、紫外LED固化与消杀等产品。

2、投融资与扩产

光电子LED行业以 Mini/Micro-LED 投资扩产为主。据CSA Research 不完全计，2023 年国内新立项Mini/Micro-LED项目18个，披露的投资额超过150亿元，此外还有20个项目开工建设，12个项目进入封顶、完工、投产阶段。相较于2022、2021Mini/MicroLED 项目投资热情不减，且伴随多个项目进入开工、建设后期或投产阶段，无疑将加速 Mini/Micro-LED 产能进一步扩充，行业内竞争也将愈加激烈。

三、企业格局

（一）功率电子

1、重点企业

国内有超过 50 家公司从事 SiC 功率半导体业务，其中衬底企业主要有天科合达、天岳先进、烁科晶体、同光股份、东尼电子、南砂晶圆等；外延企业主要有瀚天天成、东莞天域、中电化合物、普兴电子等；采取 IDM 模式的主要有三安集成、比亚迪半导体、时代电气、士兰微、华润微、泰科天润、瞻芯电子、基本半导体等；代工企业有芯联集成、积塔半导体、芯粤能、长飞先进等；设计公司主要有清纯半导体、派恩杰、瀚薪科技和臻驱科技等。

2、竞争格局

（1）国内SiC衬底企业跻身全球前五

SiC功率电子领域，衬底市场上Wolfspeed是最大的供应商，Coherent 紧随其后，SiCrystal 由于产能问题，其2023年业务营收预计将被天科合达超越。特别是，随着天岳先进、天科合达进入Infineon供应链，国内衬底企业产能供给将进一步扩张。GTAT、Resonac、Nostel等企业主要以内部供应为主。

国内SiC衬底厂商天科合达、天岳先进、烁科晶体、同光股份、三安集成、南砂晶圆、东尼电子、晶盛机电等产能稳步释放；合盛新材、乾晶半导体等新进入者也在积极跟进。SiC外延环节，瀚天天成产能布局全球领先，超过Resonac。同时，中电化合物、普兴电子、南京百识等也在稳步扩产。

（2）五大器件供应商市场占比高达82%

芯片和器件制造环节，龙头企业业绩均实现高速增长ST、Infineon、Wolfspeed、Onsemi、Rohm 等的 SiC 器件业绩较上年同期分别增长了50%以上。5家企业保持高速扩张，设定的业绩目标均为在2030年实现SiC功率电子市占率30-40%。根据2023年企业财报测算，5大龙头的总体市占率（CR5）达到 82%，产业环节呈现高集中寡占状态。

GaN 功率电子领域，GaN-on-Si 外延最大的供应商是 IQE，国内主要是晶湛半导体；芯片器件环节，PI 市场份额最大，位于行业领先地位；其次是Navitas、EPC、Gansystems、Transporm 等。国内GaN功率电子IDM 头部企业为英诺赛科，其拥有全球最大的8英寸GaN-on-Si晶圆制造产能，截止2023年8月GaN 芯片累计出货量突破3亿颗，营收仅次于 PI 和 Navitas。江苏能华、润芯微、镓未来、安世半导体等企业营收也都在千万级别。

（二）射频电子

1、重点企业

国内相关企业和机构约30家。其中半绝缘SiC衬底供应商主要有天岳先进、烁科晶体、同光股份等；IDM 企业主要有中国电科相关研究所、苏州能讯、四川益丰等；代工企业主要有三安集成、海威华芯等；设计企业主要有芯谷微电、华光瑞芯等。

2、竞争格局

（1）半绝缘SiC衬底供应高度集中

半绝缘SiC衬底供应高度集中，Wolfspeed、Coherent、天岳先进三家企业市场占比高达 85%。由于 SiC 功率电子市场需求强劲，Coherent 和天岳先进、烁科晶体正在将产品生产重点从半绝缘转向导电型。

（2）五大器件供应商市场占比71%

GaN RF器件供应商 TOP5 市场占比达到 71%，该产业环节市场集中度较高。根据 CASA Research 对相关企业财务报告的测算，Sumitomo Electric 市场份额达 22%，处于 GaN RF 第一供应商地位；Qorvo 紧随其后，其次是给 Macom （收购 Wolfspeed 射频业务）、NXP和RFHIC。国内供应商中电科13所、55所、苏州能讯等也居于全球前十行列。

（三）光电子

1、重点企业

中国大陆在 LED 照明及 LED 显示领域形成了明显的规模优势，产业化能力走在世界前列，已成为全球最大的 LED 生产基地。截止2023年底，以LED为主营业务的上市公司达 52 家，上中下游、核心材料装备均形成了龙头企业，其中包括三安光电、京东方华灿、兆驰股份、乾照光电、聚灿光电、木林森、鸿利智汇、国星光电、瑞丰光电、聚飞光电、晶能光电、佛山照明、欧普照明、洲明科技、利亚德、南大光电、中微公司等。

GaN激光器领域，衬底国际供应主要有 Sumitomo、Mitsubishi、Furukawa Electric、Kyma，大功率 GaN 激光器的主要厂商为日本Nichia、Sony，中小功率 GaN 激光器主要厂商有日本 Sharp 和德国Osram 等。国内方面，中国科学院半导体研究所、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、北京大学、厦门大学等科研机构和高校开展了非常扎实的研究工作。产业链初具雏形，GaN 衬底厂商主要是苏州纳维、上海镓特、东莞中镓等；外延、芯片和器件企业有三安光电、格恩半导体、广西飓芯等。长光华芯 2023 对外合作成立镓芯光，GaN激光器有望在 24 年量产；在应用方面，海信、长虹、光峰、极米等企业已经开始出货。

2、竞争格局

从 LED 产业链角度看，呈现 “金字塔”型产业结构。其中，LED上游芯片供应高度集中，中游封装中度集中，下游呈竞争状态。国外巨头虽然缩减或剥离照明业务，但在上中游及高附加值市场，其品牌影响力仍在，营收规模仍居全球前列。目前国际及我国台湾地区 LED龙头企业主要有富采光电（芯片/器件）、Nichia （芯片/器件）、OSARM（器件）、Seoul （器件）、Lumileds （器件）、亿光（器件）、Signify（照明产品）、Samsung（显示）、LG（显示）。

国内 LED 芯片环节供应商高度集中，三安光电、京东方华灿、兆驰股份、乾照光电、聚灿光电、蔚蓝锂芯六家企业产能占全国的近90%。LED 封装环节呈现中度集中态势，近年来 LED 封装行业经历了产能扩张、价格下滑，使部分中小企业退出市场，行业完成新一轮洗牌，木林森、鸿利智汇、国星光电、兆驰股份、聚飞光电、芯瑞达等封装龙头企业市占率逐步提升。LED 下游应用领域进入门槛较低，市场竞争激烈，涵盖通用照明、背光显示、景观照明、车用照明、植物照明等多个领域，市场集中度较低。其中通用照明仍为LED 应用最广泛的领域，主要代表企业佛山照明、欧普照明、得邦照明、阳光照明、立达信、三雄极光等；显示领域主要代表企业有洲明科技、利亚德等。

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