射频氮化镓技术的应用及市场

电信和国防市场推动射频氮化镓（RF GaN）应用

据麦姆斯咨询介绍，近年来，GaN凭借高频下更高的功率输出和更小的占位面积，被射频行业大量应用。在电信基础设施和国防两大主要市场的推动下，预计到2024年RF GaN整体市场规模将增长至20亿美元。

过去十年，全球对电信基础设施的投资一直很稳定，并且，中国政府的投入近年持续增长。在这个稳定的市场中，更高的频率趋势，为RF GaN在5G网络频率低于6GHz（sub-6Ghz）的功率放大器（PA）中找到了用武之地。该应用预计将在未来五年内推动GaN市场的增长。

尽管下一代有源天线技术可以为硅横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）技术提供优势，但由于热管理等技术限制，以及在大多数高密度领域对此类天线的本地化需求，射频拉远头（RRH）将不会被替代，并将采用GaN PA长期存在。从2021年开始，小型蜂窝和回程连接的大规模应用也将为RF GaN带来重大机遇。

国家安全一直是全球各国的头等大事。国防应用总是优先考虑高端且高效的系统。在此背景下的主流技术趋势是，美国、中国、欧盟和日本已经用更小的固态系统取代行波管（TWT），以提供更高的性能和可扩展性。随着新型GaN基有源电子扫描阵列（AESA）雷达系统的应用，基于GaN的军用雷达预计将主导GaN军事市场，预计2018~2024年该细分市场的复合年增长率（CAGR）将超过21%。

对于需要高频高输出的卫星通信应用，GaN有望逐步取代砷化镓（GaAs）解决方案。对于有线电视（CATV）和民用雷达市场，GaN与LDMOS或GaAs相比仍然面临着高成本压力，但其附加价值显而易见。对于代表GaN重要消费市场机遇的RF能量传输市场，GaN-on-Si可提供更具成本效益的解决方案。

最后但并非最不重要的是，意法半导体（STMicroelectronics）刚刚正式宣布它们正在瞄准采用GaN-on-Si技术的手机PA。GaN PA能够进入手机应用吗？它们有哪些优势和瓶颈？

本报告包含了Yole对不同细分市场GaN应用的理解。本报告全面概述了5G对无线基础设施、射频前端（FE）和基于GaN的军事市场的影响，以及Yole对当前市场动态和未来发展的展望。

GaN-on-SiC、GaN-on-Si、GaN-on-Diamond的未来发展

GaN如何赢得竞争，哪种技术终将胜出？

自从20年前第一批商用产品问世，GaN在射频功率应用领域已成为LDMOS和GaAs的重要竞争对手，并且，正在以更低的成本不断提高性能和可靠性。首批GaN-on-SiC和GaN-on-Si器件几乎同时出现，但GaN-on-SiC在技术上已经变得更加成熟。GaN-on-SiC目前主导了RF GaN市场，已渗透到4G LTE无线基础设施市场，预计将部署在5G sub-6Ghz的RRH架构中。

不过，与此同时，经济高效的LDMOS技术也取得了显著进步，可能会对5G sub-6Ghz有源天线和大规模多输入多输出（MIMO）应用中的GaN解决方案发起挑战。在此背景下，GaN-on-Si作为潜在的挑战者可能会扩展到8英寸晶圆，为商用市场提供具有成本效益的解决方案。尽管到了2019年第一季度，GaN-on-Si仍然处于小批量生产阶段，但是，预计它将挑战基站（BTS）和RF能源市场中现有的LDMOS解决方案。

GaN-on-Si厂商的另一个目标市场是大规模消费类5G手机PA市场，如果成功，将在未来几年开辟新的市场机遇。随着GaN-on-Si产品的最终上量，GaN-on-SiC和GaN-on-Si可能会在一段时间内在市场上共存。

最后但并非最不重要的是，创新的GaN-on-Diamond技术正在参与竞争，与其它竞争技术相比，GaN-on-Diamond技术有望提供更高的功率输出密度和更小的占位面积。该技术主要针对性能驱动型应用，例如高功率基站、军事和卫星通信等。

本报告探讨了SiC、Si、金刚石（Diamond）和体GaN不同衬底平台上的RF GaN器件技术。本报告预期了未来几年的市场格局和成本趋势，概述了GaN分立晶体管、单片微波集成电路（MMIC）和前端模块（FEM）技术，并特别关注了新兴的封装技术。

2018~2024年GaN RF器件市场规模预测

RF GaN供应链现状

RF GaN商用产品或样品目前主要有三种不同的衬底平台：SiC、Si和Diamond。每种技术的成熟度对各个供应链的成熟度有很大影响。GaN-on-SiC作为一项成熟的技术，供应链已经成熟，拥有众多厂商和不同的集成水平。在RF组件层面，顶级供应商包括住友电工（SEDI）、科锐（Cree/Wolfspeed）和Qorvo。韩国艾尔福（RFHIC）自2017年上市后，营收获得了大幅增长。领先的化合物半导体代工厂稳懋半导体（Win Semiconductors）目前正在积极供应RF GaN产品。MACOM-ST联盟引领了GaN-on-Si竞争，而RFHIC和Akash Systems公司则是推动GaN-on-Diamond技术的两大主要供应商。

对于军事市场，各个国家和地区都在加强自己的GaN RF生态系统。GaN的应用受到许多强势厂商的推动，例如来自美国的雷神（Raytheon）、诺斯洛普·格鲁门（Northrop Grumman）、洛克希德马丁（Lockheed Martin）等，来自欧洲的UMS、空中客车（Airbus）、萨博（Saab）等，以及中国领先的垂直整合厂商中国电子科技集团公司（CETC）。

不过，在电信市场，情况有所不同。2018年发生了很多战略合作和并购。

■ 市场领导者SEDI和贰陆（II-VI）建立了垂直整合的6英寸GaN-on-SiC晶圆平台，以满足5G领域不断增长的市场需求。

■ 科锐收购了英飞凌（Infineon）RF业务，包括LDMOS和GaN-on-SiC技术的封装和测试。

本报告概览了RF GaN产业现状，覆盖了SiC、Si和Diamond衬底上外延、器件和模块设计的价值链，以及Yole对当前市场动态和未来发展的理解和展望。

全球GaN RF厂商地图

本报告涉及的部分厂商：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...