砷化镓(GaAs):无线通信核心材料,受益 5G 大趋势

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相较于第一代硅半导体,砷化镓具有高频、抗辐射、耐高温的特性,因此广泛应用在主流的商用无线通信、光通讯以及国防军工用途上。

无线通信的普及与硅在高频特性上的限制共同催生砷化镓材料脱颖而出,在无线通讯领域得到大规模应用。

基带和射频模块是完成 3/4/5G 蜂窝通讯功能的核心部件。射频模块一般由收发器和前端模组(PA、Switch、Filter)组成。其中砷化镓目前已经成为 PA 和 Switch 的主流材料。

4G/5G 频段持续提升,驱动 PA 用量增长。由于单颗 PA 芯片仅能处理固定频段的信号,所以蜂窝通讯频段的增加会显著提升智能手机单机 PA 消耗量。

随着 4G 通讯的普及,移动通讯的频段由 2010 年的 6 个急速扩张到 43 个,5G 时代更有有望提升至 60 以上。目前主流 4G 通信采用 5 频 13 模,平均使用 7 颗 PA,4 个射频开关器。

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目 前 砷 化 镓 龙 头 企 业 仍 以 IDM 模式为主,包括美国 Skyworks 、 Qorvo、
Broadcom/Avago、Cree、德国 Infineon 等。

同时我们也注意到产业发展模式开始逐渐由 IDM 模式转为设计+代工生产,典型事件为代工比例持续提升、avago 去年将科罗拉多厂出售给稳懋等。

我们认为 GaAs 衬底和器件技术不断成熟和标准化,产品多样化、器件设计的价值显著,设计+制造的分工模式开始增加。

从 Yole Development 等第三方研究机构估算来看,2017 年全球用于 PA 的 GaAs 器件市场规模达到 80-90 亿美元,大部分的市场份额集中于 Skyworks、Qorvo、Avago 三大巨头。预计随着通信升级未来两年有望正式超过 100 亿美元。

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同时应用市场决定无需 60 nm 线宽以下先进制程工艺,不追求最先进制程工艺是另外一个特点。化合物半导体面向射频、高电压大功率、光电子等领域,无需先进工艺。

GaAs和 GaN 器件以 0.13、0.18μm 以上工艺为主。Qorvo 正在进行 90nm 工艺研发。此外由于受 GaAs 和 SiC 衬底尺寸限制,目前生产线基本全为 4 英寸和 6 英寸。

以 Qorvo 为例,我们统计下来氮化镓制程基本线宽在 0.25-0.50um,生产线以 4 英寸为主。

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