从射频角度看砷化镓，国产当自强

2023-05-25 与非网

砷化镓，不尴不尬？

按照业界约定俗成的“断代法”，半导体材料分为第一代、第二代和第三代半导体材料。

第一代半导体材料，以硅（Si）为代表，已经拥有了广泛的产业群众基础，形成了庞大市场规模，摩尔定律驱动下的纳米级工艺升级，12 寸、18 寸及越来越大的大硅片，也是同样万众瞩目；

第三代半导体材料，以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表，材料性能优异，概念新颖、愿景广阔。代表着未来趋势，因此也成了资本市场追逐的焦点。

而作为第二代半导体材料代表的砷化镓（GaAs），不尴不尬的，即便是偶有关注，也是点到为止。

是不是就代表着砷化镓就不重要了呢？

非但不是，砷化镓也是一个卡脖子严重的半导体领域。

被“卡脖子”的砷化镓

自从华为成为美国摧毁我国科技信心的靶子之后，对华为制裁的不断升级。作为应对措施，华为也在稳步推动“备胎计划”的实施。

其中一个重要举措，就是将手机射频关键部件 PA，从原来采购于 Skyworks（思佳讯）、Qorvo（科沃）、Broadcom（博通）三家美资企业，变成了自研；为了降低代工厂过于集中的风险，从原来由台资 Foundry 厂稳懋代工生产，转单给三安集成电路有限公司（三安光电下属公司）。

而目前 4G、5G 手机主流的 PA，主要是以砷化镓为材料，足以说明砷化镓的重要地位。

砷化镓，浑身都是宝

作为第二代半导体材料的代表，砷化镓具有宽禁带，高频，高压，抗辐射、耐高温及发光效率高等特性（相对），被广泛应用于移动通信（智能手机等）、无线通信（基站）、光纤通信、LED、光伏、卫星导航等领域。

从产品应用角度，砷化镓浑身都是宝，既可以用于微波通信、又可以用作微电子和光电。在微电子领域，如微波通信射频、消费电子射频领域（ PA 和 Switch）等；在光电子领域，如 LED、激光 VCSEL、太阳能等领域。

根据 Yole Development 关于砷化镓研报中，可以参考一下，将砷化镓应用分为 RF（射频）, PHOTONICS（光电子）, LED（发光二极管）和 PV（光伏发电）四大领域。

在这四大领域中，以 RF（射频）占比最高，以半绝缘性砷化镓为主，应用于手机 PA 和 Switch，基站射频等方面；其次为 LED（发光二极管），以半导体型砷化镓材料为主。随着手机 3D 面部感应渗透率提高、大容量光纤通信激光器的需求拉动，以 VECSEL 为代表的 PHOTONICS（光电子）也将成为砷化镓增长的驱动力之一。

砷化镓 PA，从基站和手机两个维度看

砷化镓应用于射频领域，主要环节是 PA，即 Power Amplifier（功率放大器），就是将无线通信信号放大的器件。经过 PA 放大的信号，最终从手机或者基站发射出去，属于通信设备高能耗环节。

当然，基站和手机，用到的 PA 材料也不尽相同。

基站 PA，以 LDMOS（Si 材料）、砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）为主；而手机 PA，目前以 CMOS（Si 材料）和砷化镓为主。

我们先看一下基站 PA 领域用的砷化镓：

根据 Yole Development 的数据，LDMOS 与氮化镓将呈现出此消彼长的关系，砷化镓则保持相对稳定的市场占有率。2025 年，LDMOS 占比将下降到 15%，氮化镓占比将上升到 45%，而砷化镓占比约为 40%。

这是一个看过百变仍然不厌的图，展示的是基站 PA 领域，三种不同材料的未来应用趋势。

我来简单解释一下，从趋势看，LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体，Si 材料）市场份额会慢慢萎缩，氮化镓（GaN）市场份额会慢慢上升，而砷化镓（GaAs）份额则会相对稳定。

主要原因是 Si 材料 LDMOS 工艺制作的 PA，已经不能满足 5G 高频、高速、高功率等性能要求；而氮化镓（GaN）作为第三代半导体材料的核心，具有“完美”的性能，但有一个确定，就是**过于昂贵。

在半导体产业化应用中，要充分的平衡性能和**这另个指标，满足性能的前提下，**优先，已达到最优性价比。

由于 LDMOS 在高频方面受限，GaAs 在高功率方面受限，因此，在宏基站领域，氮化镓（GaN）PA 将成为主流，而在小基站领域，对性能要求没那么高，砷化镓（GaAs）拥有性价比高的绝对优势，还将维持市场份额。

再看一下手机 PA 的砷化镓：

手机领域的 PA 主要以硅（CMOS 工艺）和砷化镓为主。

其中 CMOS 工艺 PA，具有成本优势，但是受限于产品性能和设计复杂性，一般主要应用于 2G 的手机终端。而 3G、4G、5G 的智能终端，目前还是以砷化镓 PA 为主。

随着移动通信向 5G 演进，2G 面临退网，CMOS 工艺 PA 市场空间会越来越压缩，将主要应用于低功耗物联网为代表的领域。

砷化镓的市场规模

这部分可以一掠而过，这种行业规模规模的数据，大概看看量级就好。

根据我国产业信息网，目前我国砷化镓元件的市场规模约为 300 亿左右，未来年增长率约为 15%。

数据来源：我国信息产业网

砷化镓产业链构成

同其他半导体材料产业链类似，砷化镓产业链也包括晶圆（衬底、外延片），芯片设计、晶圆代工、封测、下游元器件和应用等几个环节。

砷化镓市场竞争格局

前文提到过，砷化镓也是“卡脖子”环节诸多的一个半导体细分领域，国内厂商竞争力普遍偏弱。

在砷化镓晶圆环节，根据 Strategy Analytics 数据，2018 年前四大砷化镓外延片厂商为 IQE（英国）、全新光电（VPEC，**）、住友化学（Sumitomo Chemicals，日本）、英特磊（IntelliEPI，**），市场占有率分别为 54%、25%、13%、6%。CR4 高达 98%。

而在砷化镓晶圆制造环节（Foundry+IDM），**系代工厂为主流，稳懋（**）一家独大，占据了砷化镓晶圆代工市场的 71%份额，其次为宏捷（**）与环宇（GCS，美国），分别为 9%和 8%。

从最终砷化镓产品来看（PA 为主），全球竞争格局也是以欧美产商为主，最大 Skyworks（思佳讯），市场占有率为 30.7%，其次为 Qorvo（科沃，RFMD 和 TriQuint 合并而成），市场份额为 28%，第三名为 Avago（安华高，博通收购）。这三家都是美国企业。

砷化镓，国产当自强

从前文砷化镓市场竞争格局一节可以看得出来，砷化镓三大产业链环节，晶圆、晶圆制造代工、核心元器件环节，都以欧美、日本和**厂商为主导，我国企业起步晚，在产业链中话语权不强。

不过从三个环节来看，已经有突破的迹象。

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