半導(dǎo)體原料明日之星砷化鎵、氮化鎵產(chǎn)業(yè)分析

半導(dǎo)體原料共經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：第一階段是以硅 (Si)、鍺 (Ge) 為代表的第一代半導(dǎo)體原料；第二階段是以砷化鎵 (GaAs)、磷化銦 (InP) 等化合物為代表；第三階段是以氮化鎵 (GaN)、碳化硅 (SiC)、硒化鋅 (ZnSe) 等寬帶半導(dǎo)體原料為主。

第三代半導(dǎo)體原料具有較大的帶寬寬度，較高的擊穿電壓 (breakdown voltage)，耐壓與耐高溫性能良好，因此更適用于制造高頻、高溫、大功率的射頻組件。

從第二代半導(dǎo)體原料開(kāi)始出現(xiàn)化合物，這些化合物憑借優(yōu)異性能在半導(dǎo)體領(lǐng)域中取得廣泛應(yīng)用。

如 GaAs 在高功率傳輸領(lǐng)域具有優(yōu)異的物理性能優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)、光纖通訊、衛(wèi)星通訊、衛(wèi)星定位等領(lǐng)域。

GaN 則具有低導(dǎo)通損耗、高電流密度等優(yōu)勢(shì)，可顯著減少電力損耗和散熱負(fù)載。可應(yīng)用于變頻器、穩(wěn)壓器、變壓器、無(wú)線充電等領(lǐng)域。

SiC 因其在高溫、高壓、高頻等條件下的優(yōu)異性能，在交流 - 直流轉(zhuǎn)換器等電源轉(zhuǎn)換裝置中得以大量應(yīng)用。

明日之星 -GaN

GaN 是未來(lái)最具增長(zhǎng)潛力的化合物半導(dǎo)體，與 GaAs 和 InP 等高頻工藝相比，GaN 制成組件輸出的功率更大；與 LDMOS 和 SiC 等功率工藝相比，GaN 的頻率特性更好。

大多數(shù) Sub 6GHz 的蜂窩網(wǎng)絡(luò)都將采用 GaN 組件，因?yàn)?LDMOS 無(wú)法承受如此高的頻率，而 GaAs 對(duì)于高功率應(yīng)用又非理想之選。

此外，因?yàn)檩^高的頻率會(huì)降低每個(gè)基地臺(tái)的覆蓋范圍，所以需要安裝更多的晶體管，進(jìn)而帶動(dòng) GaN 市場(chǎng)規(guī)模將迅速擴(kuò)大。

GaN 組件產(chǎn)值目前占整個(gè)市場(chǎng) 20% 左右，Yole 預(yù)估到 2025 年比重將提升至 50% 以上。

(數(shù)據(jù)源: yole；圖: 西南證券) 不同材料的市場(chǎng)比重分布

GaN HEMT已經(jīng)成為未來(lái)大型基地臺(tái)功率放大器的候選技術(shù)。目前預(yù)估全球每年新建約 150 萬(wàn)座基地臺(tái)，未來(lái) 5G 網(wǎng)絡(luò)還將補(bǔ)充覆蓋區(qū)域更小、分布更加密集的微型基地臺(tái)，這將刺激GaN 組件的需求。

此外，國(guó)防市場(chǎng)在過(guò)去幾十年里一直是GaN開(kāi)發(fā)的主要驅(qū)動(dòng)力，目前已用于新一代空中和地面雷達(dá)。

(數(shù)據(jù)源: Qorvo；圖: 西南證券)

而在 GaN 射頻組件領(lǐng)域中，龍頭廠包括日本住友電工、美國(guó)科銳和 Qorvo、韓國(guó) RFHIC 等。GaN 代工廠則有穩(wěn)懋 (3105.TW)、三安光電等。

手機(jī)中基石 -GaAs

GaAs 作為最成熟的化合物半導(dǎo)體之一，是智能手機(jī)零組件中，功率放大器 (PA) 的基石。

根據(jù) StrategyAnalytics 數(shù)據(jù)顯示， 2018 年全球 GaAs 組件市場(chǎng)（含 IDM 廠組件產(chǎn)值）總產(chǎn)值約為 88.7 億美元，創(chuàng)歷史新高，且市場(chǎng)集中度高，前四大廠商比重達(dá) 73.4%，分別為Skyworks(32.3%)、Qorvo(26%)、Broadcom(9.1%)、穩(wěn)懋 (6%)。

(數(shù)據(jù)源: Strategy Analytics；巨亨網(wǎng)制圖)

至于 GaAs 晶圓代工市場(chǎng)方面，2018 年規(guī)模為 7.5 億美元，其中穩(wěn)懋市占率高達(dá) 71.1%，為全球第一大 GaAs 晶圓代工廠。

(數(shù)據(jù)源: Strategy Analytics；巨亨網(wǎng)制圖)

由于 GaAs 具有載波聚合和多輸入多輸出技術(shù)所需的高功率和高線性度，GaAs 仍將是 6 GHz 以下頻段的主流技術(shù)。除此之外，GaAs 在汽車(chē)電子、軍事領(lǐng)域方面也有一定的應(yīng)用。

總結(jié)上述這些 III-V 族化合物半導(dǎo)體組件具有優(yōu)異的高頻特性，長(zhǎng)期以來(lái)被視為太空科技中無(wú)線領(lǐng)域應(yīng)用首選。

隨著商業(yè)上寬帶無(wú)線通信及光通訊的爆炸性需求，化合物半導(dǎo)體制程技術(shù)更廣泛的被應(yīng)用在高頻、高功率、低噪聲的無(wú)線產(chǎn)品及光電組件中。同時(shí)也從掌上型無(wú)線通信，擴(kuò)散至物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)下的 5G 基礎(chǔ)建設(shè)和光通訊的技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。