射頻氮化鎵技術(shù)的應用及市場

電信和國防市場推動射頻氮化鎵（RF GaN）應用

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，近年來，GaN憑借高頻下更高的功率輸出和更小的占位面積，被射頻行業(yè)大量應用。在電信基礎(chǔ)設(shè)施和國防兩大主要市場的推動下，預計到2024年RF GaN整體市場規(guī)模將增長至20億美元。

過去十年，全球?qū)﹄娦呕A(chǔ)設(shè)施的投資一直很穩(wěn)定，并且，中國政府的投入近年持續(xù)增長。在這個穩(wěn)定的市場中，更高的頻率趨勢，為RF GaN在5G網(wǎng)絡(luò)頻率低于6GHz（sub-6Ghz）的功率放大器（PA）中找到了用武之地。該應用預計將在未來五年內(nèi)推動GaN市場的增長。

盡管下一代有源天線技術(shù)可以為硅橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）技術(shù)提供優(yōu)勢，但由于熱管理等技術(shù)限制，以及在大多數(shù)高密度領(lǐng)域?qū)Υ祟愄炀€的本地化需求，射頻拉遠頭（RRH）將不會被替代，并將采用GaN PA長期存在。從2021年開始，小型蜂窩和回程連接的大規(guī)模應用也將為RF GaN帶來重大機遇。

國家安全一直是全球各國的頭等大事。國防應用總是優(yōu)先考慮高端且高效的系統(tǒng)。在此背景下的主流技術(shù)趨勢是，美國、中國、歐盟和日本已經(jīng)用更小的固態(tài)系統(tǒng)取代行波管（TWT），以提供更高的性能和可擴展性。隨著新型GaN基有源電子掃描陣列（AESA）雷達系統(tǒng)的應用，基于GaN的軍用雷達預計將主導GaN軍事市場，預計2018~2024年該細分市場的復合年增長率（CAGR）將超過21%。

對于需要高頻高輸出的衛(wèi)星通信應用，GaN有望逐步取代砷化鎵（GaAs）解決方案。對于有線電視（CATV）和民用雷達市場，GaN與LDMOS或GaAs相比仍然面臨著高成本壓力，但其附加價值顯而易見。對于代表GaN重要消費市場機遇的RF能量傳輸市場，GaN-on-Si可提供更具成本效益的解決方案。

最后但并非最不重要的是，意法半導體（STMicroelectronics）剛剛正式宣布它們正在瞄準采用GaN-on-Si技術(shù)的手機PA。GaN PA能夠進入手機應用嗎？它們有哪些優(yōu)勢和瓶頸？

本報告包含了Yole對不同細分市場GaN應用的理解。本報告全面概述了5G對無線基礎(chǔ)設(shè)施、射頻前端（FE）和基于GaN的軍事市場的影響，以及Yole對當前市場動態(tài)和未來發(fā)展的展望。

GaN-on-SiC、GaN-on-Si、GaN-on-Diamond的未來發(fā)展

GaN如何贏得競爭，哪種技術(shù)終將勝出？

自從20年前第一批商用產(chǎn)品問世，GaN在射頻功率應用領(lǐng)域已成為LDMOS和GaAs的重要競爭對手，并且，正在以更低的成本不斷提高性能和可靠性。首批GaN-on-SiC和GaN-on-Si器件幾乎同時出現(xiàn)，但GaN-on-SiC在技術(shù)上已經(jīng)變得更加成熟。GaN-on-SiC目前主導了RF GaN市場，已滲透到4G LTE無線基礎(chǔ)設(shè)施市場，預計將部署在5G sub-6Ghz的RRH架構(gòu)中。

不過，與此同時，經(jīng)濟高效的LDMOS技術(shù)也取得了顯著進步，可能會對5G sub-6Ghz有源天線和大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）應用中的GaN解決方案發(fā)起挑戰(zhàn)。在此背景下，GaN-on-Si作為潛在的挑戰(zhàn)者可能會擴展到8英寸晶圓，為商用市場提供具有成本效益的解決方案。盡管到了2019年第一季度，GaN-on-Si仍然處于小批量生產(chǎn)階段，但是，預計它將挑戰(zhàn)基站（BTS）和RF能源市場中現(xiàn)有的LDMOS解決方案。

GaN-on-Si廠商的另一個目標市場是大規(guī)模消費類5G手機PA市場，如果成功，將在未來幾年開辟新的市場機遇。隨著GaN-on-Si產(chǎn)品的最終上量，GaN-on-SiC和GaN-on-Si可能會在一段時間內(nèi)在市場上共存。

最后但并非最不重要的是，創(chuàng)新的GaN-on-Diamond技術(shù)正在參與競爭，與其它競爭技術(shù)相比，GaN-on-Diamond技術(shù)有望提供更高的功率輸出密度和更小的占位面積。該技術(shù)主要針對性能驅(qū)動型應用，例如高功率基站、軍事和衛(wèi)星通信等。

本報告探討了SiC、Si、金剛石（Diamond）和體GaN不同襯底平臺上的RF GaN器件技術(shù)。本報告預期了未來幾年的市場格局和成本趨勢，概述了GaN分立晶體管、單片微波集成電路（MMIC）和前端模塊（FEM）技術(shù)，并特別關(guān)注了新興的封裝技術(shù)。

2018~2024年GaN RF器件市場規(guī)模預測

RF GaN供應鏈現(xiàn)狀

RF GaN商用產(chǎn)品或樣品目前主要有三種不同的襯底平臺：SiC、Si和Diamond。每種技術(shù)的成熟度對各個供應鏈的成熟度有很大影響。GaN-on-SiC作為一項成熟的技術(shù)，供應鏈已經(jīng)成熟，擁有眾多廠商和不同的集成水平。在RF組件層面，頂級供應商包括住友電工（SEDI）、科銳（Cree/Wolfspeed）和Qorvo。韓國艾爾福（RFHIC）自2017年上市后，營收獲得了大幅增長。領(lǐng)先的化合物半導體代工廠穩(wěn)懋半導體（Win Semiconductors）目前正在積極供應RF GaN產(chǎn)品。MACOM-ST聯(lián)盟引領(lǐng)了GaN-on-Si競爭，而RFHIC和Akash Systems公司則是推動GaN-on-Diamond技術(shù)的兩大主要供應商。

對于軍事市場，各個國家和地區(qū)都在加強自己的GaN RF生態(tài)系統(tǒng)。GaN的應用受到許多強勢廠商的推動，例如來自美國的雷神（Raytheon）、諾斯洛普·格魯門（Northrop Grumman）、洛克希德馬?。↙ockheed Martin）等，來自歐洲的UMS、空中客車（Airbus）、薩博（Saab）等，以及中國領(lǐng)先的垂直整合廠商中國電子科技集團公司（CETC）。

不過，在電信市場，情況有所不同。2018年發(fā)生了很多戰(zhàn)略合作和并購。

■ 市場領(lǐng)導者SEDI和貳陸（II-VI）建立了垂直整合的6英寸GaN-on-SiC晶圓平臺，以滿足5G領(lǐng)域不斷增長的市場需求。

■ 科銳收購了英飛凌（Infineon）RF業(yè)務(wù)，包括LDMOS和GaN-on-SiC技術(shù)的封裝和測試。

本報告概覽了RF GaN產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，覆蓋了SiC、Si和Diamond襯底上外延、器件和模塊設(shè)計的價值鏈，以及Yole對當前市場動態(tài)和未來發(fā)展的理解和展望。

全球GaN RF廠商地圖

本報告涉及的部分廠商：Aethercomm, Aixtron, Akash Systems, Alcatel-Lucent, Ampleon, Anadigics, Arralis, AT&T, BAE Sytems, Bell Laboratory, Cisco, CETC, China Mobile, China Telecom, China Unicom, Cree, Custom MMIC, Dynax, DragonWave-X, Dowa, EADS, Enkris Semiconductor, Epigan, Ericsson, Eudyna, Freiburg/Univ. Ulm/Fraunhofer IAF, Filtronic, Freescale, Fujitsu, Global Communication Semiconductors, Hiwafer, Hittite/Keragis, Huawei, II-VI Inc, IMEC, IMECAS Infineon, Integra Technologies, Intel, IQE, KDDI, KT, LG Plus, Lockheed Martin, M/A-COM, Microsemi, Mitsubishi Chemical, Mitsubishi Electric, Motorola, NEC, Newport Wafer Fab, Nitronex, Norstel, Nokia Networks, Northrop Grumman, Norsat, NTT, NTT DOCOMO, NXP, OMMIC, Powdec, Qorvo, Qualcomm, RFHIC, RF Lambda, RFMD, Samsung, San’an Optoelectronics, SICC, SiCrystal, SK Telecom, Softbank, Sprint, STMicroelectronics, Sumitomo Electric, SweGan, Raytheon, TagoreTech,TankeBlue, Telstra, Thales, Thales III-V Lab, T-Mobile, Toshiba, Triquint, UMS, Unity Wireless, Verizon, Vodafone, Wavice, WIN Semiconductors, Wolfspeed, ZTE...