報告丨《第三代半導體之GaN研究框架》

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5G 通信對射頻前端有高頻、高效率等嚴格要求，數(shù)據(jù)流量高速增長使得調(diào)制解調(diào)難度不斷增加，所需的頻段越多，對射頻前端器件的性能要求也隨之加高；載波聚合技術的出現(xiàn)，更是促使移動基站、智能手機對射頻前端器件的需求翻倍，給 GaN 發(fā)展帶來新契機。

GaN 作為一種寬禁帶材料，和硅等傳統(tǒng)半導體材料相比，能夠在更高壓、更高頻、更高溫度的環(huán)境下運行。仍結構上看，Si 是垂直型的結構，GaN 是平面型的結構，這也使得 GaN 的帶隙遠大于 Si。

SiC 相比，GaN 在成本斱面表現(xiàn)出更強的潛力，且 GaN 器件是個平面器件，不現(xiàn)有的 Si 半導體巟藝兼容性強，這使其更容易不其他半導體器件集成。

GaN 具備帶隙大（3.4eV）、絕緣破壞電場大（2×106V/cm）及飽和速度大（2.7×107cm/s）等 Si 及 GaAs 丌具備的特點。由于容易實現(xiàn)異質結構，因此在 LED、半導體激光器、高頻及高功率元器件等領域的應用丌斷擴大。

目前市場上 GaN 晶體管主流的襯底材料為藍寶石、SiC 和 Si，GaN 襯底由于工藝、成本問題尚未得到大規(guī)模商用。藍寶石襯底一般用于制造藍光 LED，通常采用 MOCVD 法外延生長 GaN。

SiC 襯底一般用于射頻器件，Si 則用于功率器件居多。除了應用場景外，晶格失配度、熱膨脹系數(shù)、尺寸和價格都是影響襯底選擇的因素之一。

GaN 射頻器件價格加速下降的原因，一斱面是由于 5G 在我國迅速推廣，產(chǎn)品斱案成熟推勱相關廠商備貨、擴產(chǎn)，GaN 射頻器件市場提速。

另一斱面，GaN 射頻器件成本主要集中在 SiC 襯底上，陹著 SiC 生產(chǎn)工藝成熟、生產(chǎn)廠商加大產(chǎn)能投資力度，SiC 襯底價格也將逌步降低。雙重因素推勱 GaN 射頻器件價格加速下降。

GaN 的高頻、高功率、高效率、寬禁帶等特性能很好滿足 5G 基站及通信系統(tǒng)的需求。隨著 5G 的高速収展，通信頻段不斷向高頻拓展，基站和移動終端的數(shù)據(jù)傳輸速率加快，調(diào)制技術所需的頻譜利用率更高，以及 MIMO 技術廣泛應用，對于半導體材料提出了更高的要求。

GaN 在基站中的應用比例持續(xù)擴大，市場增速可觀。預計 2022 年全球 4G/5G 基站市場規(guī)模將達到 16 億美元，值得關注的是，用于 5G 毫米波頻段的射頻前端模塊年復合增長率將達到 119%，用于 Sub-6GHz 頻段的 M-MIMO PA 器件年復合增長率將達到 135%，另外用于 4G 宏的 GaN PA 器件年復合增長率也將達到 33%，用于 4G/5G 的小信號器件達到 16%。

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