559
砷化鎵，不尷不尬？
按照業(yè)界約定俗成的“斷代法”，半導體材料分為第一代、第二代和第三代半導體材料。
第一代半導體材料，以硅（Si）為代表，已經(jīng)擁有了廣泛的產(chǎn)業(yè)群眾基礎，形成了龐大市場規(guī)模，摩爾定律驅動下的納米級工藝升級，12 寸、18 寸及越來越大的大硅片，也是同樣萬眾矚目；
第三代半導體材料，以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）為代表，材料性能優(yōu)異，概念新穎、愿景廣闊。代表著未來趨勢，因此也成了資本市場追逐的焦點。
而作為第二代半導體材料代表的砷化鎵（GaAs），不尷不尬的，即便是偶有關注，也是點到為止。
是不是就代表著砷化鎵就不重要了呢？
非但不是，砷化鎵也是一個卡脖子嚴重的半導體領域。
被“卡脖子”的砷化鎵
自從華為成為美國摧毀中國科技信心的靶子之后，對華為制裁的不斷升級。作為應對措施，華為也在穩(wěn)步推動“備胎計劃”的實施。
其中一個重要舉措，就是將手機射頻關鍵部件 PA，從原來采購于 Skyworks（思佳訊）、Qorvo（科沃）、Broadcom（博通）三家美資企業(yè)，變成了自研；為了降低代工廠過于集中的風險，從原來由臺資 Foundry 廠穩(wěn)懋代工生產(chǎn)，轉單給三安集成電路有限公司（三安光電下屬公司）。
而目前 4G、5G 手機主流的 PA，主要是以砷化鎵為材料，足以說明砷化鎵的重要地位。
砷化鎵，渾身都是寶
作為第二代半導體材料的代表，砷化鎵具有寬禁帶，高頻，高壓，抗輻射、耐高溫及發(fā)光效率高等特性（相對），被廣泛應用于移動通信（智能手機等）、無線通信（基站）、光纖通信、LED、光伏、衛(wèi)星導航等領域。
從產(chǎn)品應用角度，砷化鎵渾身都是寶，既可以用于微波通信、又可以用作微電子和光電。在微電子領域，如微波通信射頻、消費電子射頻領域（ PA 和 Switch）等；在光電子領域，如 LED、激光 VCSEL、太陽能等領域。
根據(jù) Yole Development 關于砷化鎵研報中，可以參考一下，將砷化鎵應用分為 RF（射頻）, PHOTONICS（光電子）, LED（發(fā)光二極管）和 PV（光伏發(fā)電）四大領域。
在這四大領域中，以 RF（射頻）占比最高，以半絕緣性砷化鎵為主，應用于手機 PA 和 Switch，基站射頻等方面 ；其次為 LED（發(fā)光二極管），以半導體型砷化鎵材料為主。隨著手機 3D 面部感應滲透率提高、大容量光纖通信激光器的需求拉動，以 VECSEL 為代表的 PHOTONICS（光電子）也將成為砷化鎵增長的驅動力之一。
砷化鎵 PA，從基站和手機兩個維度看
砷化鎵應用于射頻領域，主要環(huán)節(jié)是 PA，即 Power Amplifier（功率放大器），就是將無線通信信號放大的器件。經(jīng)過 PA 放大的信號，最終從手機或者基站發(fā)射出去，屬于通信設備高能耗環(huán)節(jié)。
當然，基站和手機，用到的 PA 材料也不盡相同。
基站 PA，以 LDMOS（Si 材料）、砷化鎵（GaAs）和氮化鎵（GaN）為主；而手機 PA，目前以 CMOS（Si 材料）和砷化鎵為主。
我們先看一下基站 PA 領域用的砷化鎵：
根據(jù) Yole Development 的數(shù)據(jù)，LDMOS 與氮化鎵將呈現(xiàn)出此消彼長的關系，砷化鎵則保持相對穩(wěn)定的市場占有率。2025 年，LDMOS 占比將下降到 15%，氮化鎵占比將上升到 45%，而砷化鎵占比約為 40%。
這是一個看過百變仍然不厭的圖，展示的是基站 PA 領域，三種不同材料的未來應用趨勢。
我來簡單解釋一下，從趨勢看，LDMOS（橫向擴散金屬氧化物半導體，Si 材料）市場份額會慢慢萎縮，氮化鎵（GaN）市場份額會慢慢上升，而砷化鎵（GaAs）份額則會相對穩(wěn)定。
主要原因是 Si 材料 LDMOS 工藝制作的 PA，已經(jīng)不能滿足 5G 高頻、高速、高功率等性能要求；而氮化鎵（GaN）作為第三代半導體材料的核心，具有“完美”的性能，但有一個確定，就是價格過于昂貴。
在半導體產(chǎn)業(yè)化應用中，要充分的平衡性能和價格這另個指標，滿足性能的前提下，價格優(yōu)先，已達到最優(yōu)性價比。
由于 LDMOS 在高頻方面受限，GaAs 在高功率方面受限，因此，在宏基站領域，氮化鎵（GaN）PA 將成為主流，而在小基站領域，對性能要求沒那么高，砷化鎵（GaAs）擁有性價比高的絕對優(yōu)勢，還將維持市場份額。
再看一下手機 PA 的砷化鎵：
?
手機領域的 PA 主要以硅（CMOS 工藝）和砷化鎵為主。
其中 CMOS 工藝 PA，具有成本優(yōu)勢，但是受限于產(chǎn)品性能和設計復雜性，一般主要應用于 2G 的手機終端。而 3G、4G、5G 的智能終端，目前還是以砷化鎵 PA 為主。
隨著移動通信向 5G 演進，2G 面臨退網(wǎng)，CMOS 工藝 PA 市場空間會越來越壓縮，將主要應用于低功耗物聯(lián)網(wǎng)為代表的領域。
砷化鎵的市場規(guī)模
這部分可以一掠而過，這種行業(yè)規(guī)模規(guī)模的數(shù)據(jù)，大概看看量級就好。
根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)， 目前中國砷化鎵元件的市場規(guī)模約為 300 億左右，未來年增長率約為 15%。
數(shù)據(jù)來源：中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)
砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈構成
同其他半導體材料產(chǎn)業(yè)鏈類似，砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈也包括晶圓（襯底、外延片），芯片設計、晶圓代工、封測、下游元器件和應用等幾個環(huán)節(jié)。
砷化鎵市場競爭格局
前文提到過，砷化鎵也是“卡脖子”環(huán)節(jié)諸多的一個半導體細分領域，國內廠商競爭力普遍偏弱。
在砷化鎵晶圓環(huán)節(jié)，根據(jù) Strategy Analytics 數(shù)據(jù)，2018 年前四大砷化鎵外延片廠商為 IQE（英國）、全新光電（VPEC，中國臺灣）、住友化學（Sumitomo Chemicals，日本）、英特磊（IntelliEPI，中國臺灣），市場占有率分別為 54%、25%、13%、6%。CR4 高達 98%。
而在砷化鎵晶圓制造環(huán)節(jié)（Foundry+IDM），中國臺灣系代工廠為主流，穩(wěn)懋（中國臺灣）一家獨大，占據(jù)了砷化鎵晶圓代工市場的 71%份額，其次為宏捷（中國臺灣）與環(huán)宇（GCS，美國），分別為 9%和 8%。
從最終砷化鎵產(chǎn)品來看（PA 為主），全球競爭格局也是以歐美產(chǎn)商為主，最大 Skyworks（思佳訊），市場占有率為 30.7%，其次為 Qorvo（科沃，RFMD 和 TriQuint 合并而成），市場份額為 28%，第三名為 Avago（安華高，博通收購）。這三家都是美國企業(yè)。
砷化鎵，國產(chǎn)當自強
從前文砷化鎵市場競爭格局一節(jié)可以看得出來，砷化鎵三大產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，晶圓、晶圓制造代工、核心元器件環(huán)節(jié)，都以歐美、日本和中國臺灣廠商為主導，中國企業(yè)起步晚，在產(chǎn)業(yè)鏈中話語權不強。
不過從三個環(huán)節(jié)來看，已經(jīng)有突破的跡象。
