材料深一度|图说GaAs射频器件产业链

导读

砷化镓（GaAs）材料在无线通信、光传输、消费电子（如3D人脸识别）和太阳能电池等领域获得广泛应用。本期1°姐将为大家介绍GaAs射频器件产业链的具体情况。

GaAs材料的电子迁移率是Si的6倍，具有直接带隙，故其器件相对Si器件具有高频、高速的性能，被公认为是很合适的通信用半导体材料。同时，其在军事电子系统中的应用日益广泛且不可替代。然而，由于禁带宽度范围不够大、击穿电场较低，限制了其在高温、高频和高功率器件领域的应用。另外，GaAs材料具有毒性，对环境和人类健康存在威胁。

射频器件是无线通讯设备的基础性零部件，在无线通讯中扮演着两个重要的角色，即在发射信号的过程中扮演着将二进制信号转换成高频率的无线电磁波信号；在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。

射频前端模块由功率放大器（PA）、滤波器、双工器、射频开关、低噪声放大器、接收机/发射机等组成。其中功率放大器负责发射通道的射频信号放大；滤波器负责发射及接收信号的滤波；双工器负责 FDD 系统的双工切换及接收/发送通道的射频信号滤波；射频开关负责接收、发射通道之间的切换；低噪声放大器主要用于接收通道中的小信号放大；接收机/发射机用于射频信号的变频、信道选择。

目前，GaAs晶体管制程技术主要分为三类：异质结双极晶体管(HBT)、赝调制高电子迁移率效应晶体管(pHEMT)和.金属半导体场效应晶体管(MESFET)。

随着通信频段往高频迁移，GaAs技术的发展由早期的 MESFET逐渐移转至pHEMT和HBT。目前，功率放大器采用HBT工艺，而射频开关则采用pHEMT制程。MESFET制程是最早采用的GaAs制程，结构简单，技术成熟，生产成本低。HBT制程工艺线宽较高，通常在1-2左右，具有高线性度、高增益和高效率等优点，并且待机耗电流小和器件体积小，符合手机等移动终端的发展需求。pHEMT制程的线宽较低，位于0.15-0.5μm左右，具有超高频和低噪音的特性，工作频率可以高达100GHz。

为了大家清楚的了解GaAs射频器件产业链，1°姐精心制作了产业链的构成图，企业排名不分先后。

GaAs射频器件产业链包括上游的衬底和外延环节、中游的器件和模块制造环节以及下游的应用环节。

注：1°姐尚未搜集到国内砷化镓IDM射频器件企业的资料，对此，欢迎大家留言补充，谢谢！

全球GaAs射频器件市场以IDM模式为主。据Strategy Analytics统计，2016年全球GaAs射频器件市场规模为81.9亿美元，同比增长0.9%。2016年，Skyworks、Qorvo和Broadcom在全球射频器件市场的占有率分别为30.67%、27.97%和7.39%，三家合计占有全球66%的份额，Skyworks和Qorvo更是处于全球遥遥领先的位置。

单论GaAs晶圆代工，2016年全球市场规模为6.5亿美元，其中，台湾稳懋独占全球66.4%的市场份额，是全球第一大GaAs晶圆代工厂。

图 2016年全球GaAs产业器件竞争格局

资料来源：Strategy Analytics，材料深一度

在手机无线通信应用中，目前射频功率放大器绝大部分采用GaAs材料。在GSM通信中，国内的锐迪科和汉天下等芯片设计企业曾凭借RF CMOS制程的高集成度和低成本的优势，打破了采用国际龙头厂商采用传统的GaAs制程完全主导射频功放的格局。但是到了4G时代，由于Si材料存在高频损耗、噪声大和低输出功率密度等缺点，RF CMOS已经不能满足要求，手机射频功放重新回到GaAs制程完全主导的时代。

与射频功放器件依赖于GaAs材料不同，90%的射频开关已经从传统的GaAs工艺转向了SOI（Silicon on insulator）工艺，射频收发机大多数也已采用RF CMOS制程，从而满足不断提高的集成度需求。

在宏基站应用中，GaN材料凭借高频、高输出功率的优势，正在逐渐取代Si LDMOS；在微基站中，未来一段时间内仍然以GaAs PA件为主，因其目前具备经市场验证的可靠性和高性价比的优势，但随着器件成本的降低和技术的提高，GaN PA有望在微基站应用在分得一杯羹；在移动终端中，因高成本和高供电电压，GaN PA短期内也无法撼动GaAs PA的统治地位。

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