第三代半导体产业发展报告

1 前言 伴随半导体产业逐渐复苏，以及电动汽车、新能源、消费类电子、5G通信等应用市场的需求带动，2023年第三代半导体产业保持高速增长态势。 2023年，国际上以龙头企业为代表，不断开发领先技术、加快迭代新产品、持续扩张产能、强化供应链合作，并通过整合并购等策略，逐步建立起相对明朗的竞争格局。市场方面，2023年全球碳化硅 （SiC）、氮化镓（GaN）功率电子市场规模约30.7亿美元，电动和混合动力汽车（EV/HEV）市场占比约70%，是核心市场驱动力。射频电子（GaNRF）市场规模约为15亿美元，其中电信基础设施是第 一大应用市场，占比超过50%。供给方面，SiC功率电子投资热情持 续，2023年全球新增投资约260亿美元。射频电子因5G通信基础设施建设进程放缓，产能产线趋于稳定。LED光电子领域仍以Mini/Micro-LED为主要投资和扩产方向。龙头企业通过供应链合作、 整合并购，建立“SiC+GaN”双业务引擎。企业格局方面，SiC衬底环 节，Wolfspeed、Coherent市场占比全球领先；功率电子器件环节ST、Infineon、Onsemi、Wolfspeed、Rohm等五大家，市场总占比达到82%，行业头部格局确立。射频电子领域，Sumitomo、Qorvo、Macom（收购Wolfspeed射频业务）、NXP、RFHIC等全球领先，五大家市场总 占比达到71%。技术进展方面，8英寸SiC衬底、外延加快开发；液 相法晶体生长技术、复合衬底技术、激光切割技术等促进成本降低； 除全SiC模块之外，SiCMOSFET和SiIGBT的融合模块设计受到关注；基于GaN衬底的极性超结GaNFET耐压达到万伏；发布集成双GaN开关管的AHB半桥芯片；3D堆叠技术为制备12英寸GaN-on-Si晶圆提供新路径。开发出基于SiC和蓝宝石衬底的N-face结构W波段的射频器件；推出基于8英寸技术的GaN-on-Si功率放大器。 国内来看，2023年第三代半导体技术和产业化加快发展。市场方面，SiC和GaN功率电子器件模块市场约153.2亿元，同比增长 45%，国产产品主要以光伏逆变、消费电子应用为主，电动汽车主逆变器市场开始逐步渗透。射频电子（GaNRF）器件模块市场约102.9亿元，同比增长16.2%。LED器件市场782.2亿元，同比微增0.5%。 供给方面，功率电子生产活跃，射频电子趋于稳定，LED光电子领域 除Mini/Micro-LED外，其他方向缓慢复苏。2023年国内SiC衬底产量75万片、外延产量65万片、芯片器件产量40万片（以上均折合6英寸）；资本市场持续活跃，投融资热情仍然高涨，新增SiC投资 增长44%，金额超千亿，多家企业完成或正在IPO。企业格局方面， 功率电子领域，头部企业优势愈发凸显，竞争梯队逐步形成；射频电子领域格局相对稳定，产品国产化率超30%；LED行业进入成熟期， 竞争格局确定。产业化技术方面，SiC8英寸衬底基本完成验证，开 始小批量供货；国产SiCMOSFET新品同比翻倍增加，新能源汽车主驱开始验证应用；推出4引脚TO-247-4LGaN功率器件；推出开关频率MHZ1000wGaN功率模块电源。开发出Si基GaN低压射频器件，拓展手机终端应用可能；推出0.25μm和0.15μmGaNMMIC代 工业务。LED无荧光粉照明实现了整灯光效100lm/W；Micro-LED红光芯片效率达到15%（20*40μm@20uA）；量产UVCLED芯片电光转化效率超过5%。 总体来看，2023年第三代半导体产业取得显著进步。国产SiC衬底、外延均进入国际供应链体系，行业投融资与扩产热情不减，头部企业加快与国际巨头的合作，产业格局在逐步形成中。另一方面，国际车企龙头暂缓电动车战略、国内SiC投资过热且分散、同质化产品价格过度竞争等现象，对行业健康、可持续发展提出挑战。展望2024年，随着国内宏观经济整体复苏预期增强，第三代半导体技术对新质生产力的支撑作用日益增强，产业发展动力持续强劲。 目录 前言I 一、形势与政策1 （一）相关产业发展态势1 （二）半导体产业相关政策1 二、市场应用4 （一）功率电子4 1、总体市场规模4 2、重点细分应用6 （二）射频电子11 1、总体市场规模11 2、重点细分应用11 （三）光电子12 三、生产供给14 （一）功率电子14 1、总体产值14 2、投融资与扩产17 3、整合并购21 （二）射频电子24 1、总体产值24 2、投融资与扩产24 3、整合并购26 （三）光电子26 1、总体产值26 2、投融资与扩产28 3、整合并购29 四、企业格局32 （一）功率电子32 1、重点企业32 2、竞争格局35 （二）射频电子38 1、重点企业38 2、竞争格局39 （三）光电子40 1、重点企业40 2、竞争格局42 五、技术进展44 （一）功率电子44 1、SiC功率电子44 2、GaN功率电子49 （二）射频电子52 （三）光电子52 六、其他55 （一）装备及原材料进展55 （二）超宽禁带进展57 （三）标准进展58 七、发展展望59 八、释义61 附件2023年第三代半导体产业大事记（Top10）62 一、形势与政策 （一）相关产业发展态势 全球半导体产业开始复苏。根据世界半导体贸易统计组织 （WSTS）相关数据，在持续低迷一年后，2023年第4季度全球半导体元件销售额环比增长8.4%，同比增长11.6%，增强了2024年半导体行业发展的信心。先进制程技术方面，主流制造商已经开始大规模生产5nm芯片，3nm技术也在研发中。新材料与新设计的应用推动半导体技术持续革新。如在特定需求领域，硅基材料逐渐被更高效的宽禁带材料、锗硅合金、碳纳米管等所替代；新的设计方法，如三维堆叠技术正在被用来增加芯片密度和复杂性。伴随半导体行业整体进入上升周期，第三代半导体作为其重要组成部分，进入快速发展期。 新能源汽车与光储充等产业快速发展。据集邦咨询（TrendForce） 数据，2023年全球新能源车销量为1303万辆，同比增长29.8%，但较2022年54.2%的增速有明显下滑。国际能源署《2023年可再生能源》报告显示，2023年全球可再生能源新增装机容量达510GW，太阳能光伏占其中四分之三（约383GW）。另据集邦新能源（EnergyTrend）数据2023年全球储能新增装机可达35GW-78GWh，同比增长70%-85%。应用产业的蓬勃发展带动第三代半导体产品加快渗透，并创造出广阔市场空间。 （二）半导体产业相关政策 发达经济体持续强化本地产业链扶持政策。美国持续完善《芯片法案》的政策框架，明晰补贴细节和限制条款，并正式启动针对先进 制程和成熟节点半导体制造的补贴申请程序。《欧洲芯片法案》提出在2030年前汇集欧盟机构和各成员国111.5亿欧元公共投资，促进 半导体关键技术产业化，带动私营企业投资，目标是到2030年将欧盟芯片产量全球份额由10%提高到20%。韩国国会通过《K-Chip法案》提高半导体企业税收减免率来刺激投资。此外，该计划还提出截至2026年将向包括芯片、电池、机器人、电动汽车和生物技术等领 域投资550万亿韩元（约2.97万亿人民币），将首都圈打造成世界最 大半导体制造基地。日本经产省在2023年也提出为进一步推动国产 化、增加企业销售额，官方与民间在今后10年向半导体及相关部件 材料领域追加10万亿日元规模投资（约8059亿元人民币）。各国政府对本土产业链建设的财政政策如能兑现，将有助于龙头企业进一步降低成本，巩固其市场优势。 美日继续升级或扩大对华半导体出口管控。2023年5月，日本 经产省公布了《外汇法》法令修正案，将先进芯片制造设备等23个品类追加列入出口管理的管制对象。2023年10月，美国商务部工业和安全局（BIS）发布了针对芯片的出口禁令新规，进一步对先进算力涉及到的计算架构、关键IP、先进封装、关键先进材料、新型存储器等领域进行管制，可能限制我国获取人工智能、新能源汽车等领域的先进芯片。美日半导体管制措施可能对我国半导体先进制程产生不利影响，但第三代半导体由于对先进制程要求较低，且国产化正在加速，短期内受影响较小。 我国对镓、锗、石墨等物项实施出口管制。2023年，中国商务部 宣布分别从8月1日起和12月1日起对镓、锗等半导体关键原材料及特定石墨物项实施出口管制。此次出口管制，一方面体现了国内统筹发展和安全的管制理念，是对美日等出口管控政策的一种对等反制，有利于更好维护国家安全和利益。另一方面，由于上述物项出口占比较大，管制政策导致国内相关原材料出口受阻，GaN衬底、外延企业营收受累，业绩表现较差，交货周期的增加迫使海外用户寻求替代方案，以减轻对华依赖。 二、市场应用 2023年，受益于电动汽车、光储充、消费电源、5G通信基础设施等应用市场的带动，国内第三代半导体功率电子器件模块市场达 153.2亿元，以新能源汽车应用为主要驱动力，同比增长45%；射频电子器件模块市场达102.9亿元，在通信基础设施建设带动下，较2022年同比增长16.2%。LED器件市场为782.2亿元，同比微增0.5%。 （一）功率电子 1、总体市场规模 全球来看，综合Yole、Trendforce数据，2023年全球SiC、GaN 功率电子市场约30.7亿美元，其中，电动和混合动力汽车（EV/HEV）市场占比约70%，是核心市场驱动力。另据Yole测算，全球功率半导体器件市场将从2023年的约230亿美元快速增长到2028年的333 亿美元，其中SiC和GaN功率电子总体市场占比有望达到32%，规 模约109.5亿美元。 图表1、2018-2028年Si、SiC、GaN功率电子市场 资料来源：Yole 国内方面，据CASAResearch统计，2023年国内SiC、GaN功 4 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。 700 600 500 400 300 200 100 0 其他 风力发电 UPS 工业电机光伏及储能轨道交通电网 新能源汽车PFC 消费电子 工商业应用 x万元 图表2、2017-2027年我国第三代半导体功率电子应用市场规模（亿元） 数据来源：CASAResearch 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%。 其他 1.90% 工商业应用 UPS 1.65% 消费电子 11.16% 3.47% 工业电机 1.33% 光伏及储能 3.95%轨道交通 0.04% 电网 0.03% PFC 5.78% 风力发电 0.01% 新能源汽车 70.67% 图表3、2023年我国第三代半导体功率电子应用市场结构 数据来源：CASAResearch 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1700VSiC器件可实现在7.5分钟内充电80%