解读射频GaN市场的机遇及未来发展

今年的GaN(氮化镓)器件市场异常活跃，GaN逐渐成为主流，开始渗透一些批量需求的商业市场。

GaN已经在大部分高功率军事应用中站稳了脚跟，并且还抓住了有线电视、移动基础设施的部分市场。虽然LDMOS(横向扩散MOS晶体管)目前仍占据基础设施和工业市场的绝大部分份额，但这种情况可能很快就会改变，因为GaN性能与LDMOS基本相当甚至更胜一筹。也许LDMOS现在的唯一优势就是价格了，但这一优势也逐渐不保：Qorvo公司最近宣布将重心转移到6英寸SiC(碳化硅)基GaN上;MACOM公司也宣布将尝试在成本较低的CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon 互补型金属氧化物半导体)生产线上生产8英寸Si(硅)基GaN。这些举动都有利于提高GaN的成本竞争优势。

此外，GaN在高功率应用市场上还在挑战GaAs(砷化镓)的地位，并且在大部分面向未来的军事应用中已经取代了GaAs，这些军事应用最重要的性能指标就是功率。

图1 GaN晶圆

一、市场机遇

GaN现在和GaAs器件的发展类似，期望GaN的市场能够成熟起来，让其可做的器件变得多起来，特别是在高功率市场方面。随着技术的更新换代和成本的降低，预测GaN将会为功率放大器提供最好的价值功能，找到最优的平衡。现在在军民融合的大潮下，性能的要求更加凸显：

发射功率

效率

线性度

频率

带宽

工作温度

……

GaN在这些性能上表现得比GaAs和Si更好。例如，在军事器件中，GaN改善了尺寸、重量和功率(SWaP)，并且将继续融入这些系统中。

多数GaN供应商将基站和卫星市场视为短期内的主要的增长方向。至于毫米波，5G也是一个巨大的机遇，目前GaN在宽频带、高频器件上表现良好。在射频能源市场GaN也适应得较好，制造厂商关注的航天以及防务市场在快速增长，这包括宽禁带，高功率放大器电子战、相控阵雷达和广泛的毫米波应用。

二、代工厂情况

北美有多家GaN的代工厂(包括在加拿大的一家)，欧洲有两家，还有被称作是最大的不受管制类化合物半导体制造厂家：台湾的稳懋半导体(WIN Semiconductors)。尽管日本的射频GaN市场份额占有率高，我们也没发现有任何日本的公司提供代工服务，其中包括最大的GaN制造厂商之一的住友商事(Sumitomo)。

中国成都的海威华芯(HiWafer)半导体公司和厦门的三安集成电路公司(San’an Integrated Circuit)提供化合物半导体的代工服务，而且这两家公司都对外宣布说他们的6英寸GaN生产线已投产或正在建设。

图2 三安光电

在美国，多数顾客选择Wolfspeed(Cree 旗下公司，被德国英飞凌公司收购)，然而很多欧洲的企业，特别是在做航空和防务领域的企业，通常都会选择UMS(United Monolithic Semiconductors)公司或者OMMIC公司。

有几家公司跟这些代工厂存在战略合作伙伴关系，说白了就是将渠道独享，不分享给其他的公司。举个例子来说，GCS公司其总部在加利福尼亚州的托伦斯，但这家公司拒不提供关于我们做的这项调查的任何信息，这就是典型的受ITAR(国际武器贸易条例)控制的公司，也就是说，他们确实为一些公司提供射频GaN的制造服务。还有多家受管制类射频GaN制造商，像雷声(Raytheon)，MACOM和Qorvo。

对应的还有一些相对独立的制造商：RFMD和TriQuint提供GaN制造代工服务，不过自从他们合并成为了Qorvo，从反馈的结果来看，他们仅仅为一些"战略上"的顾客服务。

三、衬底相关信息

多数射频GaN器件的衬底都是SiC，因为SiC和GaN的晶格匹配度非常不错，而且SiC还有GaN需要的高热导率的性能。

因为GaN器件相对于其他的一些器件来说，其功率密度很高。要把产生的热量快速导出不是一件容易的事情，所以衬底和外面封装的材料同样至关重要。但MACOM公司决定逆潮流而上，他们对抗国际整流器公司(该公司同样被德国英飞凌公司收购)的原始专利，这一专利就是Si衬底上生长GaN(MACOM收购了Nitronex，从Nitronex那儿得到的)。Si衬底，有更低的价格，但同时热导率也比SiC低。不过，MACOM公司有解决方法：其公布了一组数据，数据显示如果设计恰当，在应用上，Si基GaN的性能是可以和SiC基GaN性能一样可靠的。

Si基GaN拥有的优势在于：可以在标准工艺上处理更大的晶圆，并且其CMOS生产线成本低廉。不过MACOM公司并不提供代工服务，他们与GCS公司合作生产Si基GaN器件，但这一工艺并不开放给其他公司。

另一家公司，OMMIC公司是我们发现的除MACON公司外也能够生产Si基GaN的公司，但我们并没有发现OMMIC公司提供类似代工厂的Si基GaN生产服务。

所有的相关制造厂商都在关注3、