中国5G氮化镓PA产业及市场分析（下）：重要企业与产品汇总

　　前文指引：《中国5G氮化镓PA产业及市场分析（上）：百亿元前景将至》

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　　GaN 放大器产业链

　　GaN-on-SiC射频器件的供应商主要为IDM企业，核心产业链环节包括SiC衬底材料制作、GaN材料外延生长、器件设计和制造、封装测试。本文将从SiC衬底、GaN材料外延、器件设计和制造三个环节来阐述。

　　SiC 衬底

　　行业观察

　　SiC衬底产品按照晶体结构主要分4H-SiC和6H-SiC，4H-SiC为主流产品，按照性能主要分为半导电型和半绝缘型。硅片拉晶时和单晶种子大小无关，但是SiC的单晶种子的尺寸却直接决定了SiC的尺寸，目前主流尺寸是4-6英寸，8英寸衬底已由II-VI公司和Cree公司研制成功。半导电型SiC衬底以n型衬底为主，主要用于外延GaN基LED等光电子器件、SiC基电力电子器件等。半绝缘型SiC衬底主要用于外延制造GaN高功率射频器件。

　　SiC衬底市场的主要供应商有美国Cree（Wolfspeed）、DowCorning、日本罗姆、美国II-VI、日本新日铁住金、瑞典Norstel（中国资本收购）等。Cree公司的SiC衬底占据整个市场40%左右的份额，其次为Ⅱ-Ⅵ公司、日本ROHM，三者合计占据75%左右的市场份额。6”半导电型衬底均价约为1200美元，6”衬底价格在4”衬底价格2倍以上。

　　Cree目前的4”产品没有价格优势，现阶段主要生产6”SiC产品，占比95%以上。据拓璞了解，其半导电型SiC衬底和外延产品在中国由住友商事代理，半绝缘型SiC衬底目前产线紧张，未能卖往中国市场。

　　SiC衬底国内供应商主要有山东天岳、天科合达、同光晶体、中科节能、中电科46所和北电新材料。目前主要量产的产品为3英寸和4英寸，山东天岳、天科合达、同光晶体和中科节能均已完成6英寸衬底的研发，天科合达可批量提供6寸半导电性SiC衬底。

　　中国SiC衬底发展很快，但是仍显不足，目前70%-80%仍以Cree等公司的进口产品为主，国内厂商的产品约占10%-20%，主要用于研发和试样，主要原因是供货能力、质量及可靠性方面稍显不足。下游需求主要是中国中车、中电科55所和国家电网等企业。但是中国SiC衬底发展很快，目前可以实现4”衬底的量产，价格相比Cree有较大优势，2017年底4”衬底产能可达15万片/年。

　　重点企业介绍

　　（1）山东天岳

　　2018年11月，山东天岳在湖南浏阳启动中国最大的SiC衬底项目-湖南天玥科技有限公司。项目资料显示，该项目总投资30亿元，项目分两期建设，一期占地156亩，主要生产碳化硅导电衬底，预估年产值13亿元；二期主要生产功能器件，包括电力器件封装、模块及装置、新能源汽车及充电站装置、轨道交通牵引变流器、太阳光伏逆变器等，预估年产值50-60亿元。

　　（2）天科合达

　　天科合达主要产品包括4”SiC晶片生产(6英寸未量产)和SiC单晶生长设备。根据从天科合达总经理杨健处所获得的信息，天科合达约有100多台长晶炉，4”半导电型SiC晶片产能约为2万片/年。天科合达的前4客户需求为20万片/年。天科合达正在继续扩充产能,计划扩充3倍。2018年10月，天科合达在徐州经开区投资的碳化硅晶片项目正式签约。

　　（3）河北同光

　　河北同光主要产品包括4”和6”导电型、半绝缘碳化硅衬底，其中4英寸衬底已达到世界先进水平。2017年10月，同光联合清华大学、北京大学宽禁带半导体研究中心、中国科学院半导体研究所、河北大学共同搭建了“第三代半导体材料检测平台”，推动了国内第三代半导体产业的发展。

　　（4）中科节能

　　2017年7月，中科节能与青岛莱西市、国宏中晶签订合作协议，投资建设SiC长晶生产线项目。该项目总投资10亿元，项目分两期建设，一期投资约5亿元，预计2019年6月建成投产，建成后可年产5万片4”N型SiC晶体衬底片和5千片4”高纯度半绝缘型SiC晶体衬底片；二期投资约5亿元，建成后可年产5万片6”N型SiC晶体衬底片和5千片4”高纯度半绝缘型SiC晶体衬底片。

　　（5）北电新材料

　　Norstel成立于2005年，是从硅晶圆片制造商OkmeticOyj分离出来的企业，位于瑞典Norrkping的工厂建成于2006年。Norstel采用用高温化学气相沉积(HTCVD)专利技术，生产高质量大尺寸的SiC衬底和外延片。2017年三安光电参与管理的基金收购Norstel，其后成立福建北电新材料，2019年三安选择将Norstel55%股权出售给意法半导体，拓璞推测原因为三安已Norstel的技术吸收完毕。

　　GaN 材料外延

　　射频器件主要以GaN-on-SiC为主要技术路线，主流尺寸是4英寸和6英寸，预计到2020年，随着6英寸SiC衬底价格不断下降，6英寸外延将成为重点。此外，基于高阻硅的GaN-on-Si未来有望在高频-低功率市场打破GaN-on-SiC在射频器件的垄断局面，例如未来5G将大规模应用的小基站市场，美国MACOM公司主要采用GaNon-Si技术制造射频器件。

　　GaN射频外延企业主要有比利时的EpiGaN、英国的IQE、日本的NTT-AT。中国厂商有苏州晶湛、苏州能华和世纪金光，苏州晶湛2014年就已研发出8”硅基外延片，现阶段已能批量生产。苏州能华主要面向太阳能发电、电力传输等电力领域。世纪金光在SiC、GaN领域的粉料、单晶、外延、器件和模块都有涉及。

　　GaN 器件设计与制造

　　GaN射频器件主要有HEMT和HBT两大工艺。射频工艺主要跟栅长及偏置电压（Bias）有关，工艺制程越低，器件频率越高。0.5μm栅长和高偏置(40到50V)，主要瞄准高功率、频率Sub-8GHz器件；0.25μm栅长和中偏置(28到30V)，主要瞄准更高频率(约18GHz)的器件；0.15μm-0.1μm栅长，主要瞄准毫米波器件(30GHz以上)。现阶段GaN射频器件主流工艺制程正从0.25μm-0.5μm向0.15μm-0.1μm过渡。Qorvo正在进行90nm工艺的研发，Cree及稳懋主要制程工艺在0.25-0.5μm之间。粉料、单晶、外延、器件和模块都有涉及。

　　IDM企业

　　全球基站端射频器件的供应商以IDM企业为主，主要有日本住友电工旗下的SEDI公司（SumitomoElectricDeviceInnovations）、Infineon（RF部门已出售给Cree）、美国Cree旗下Wolfspeed公司、Qorvo公司、MACOM公司、Ampleon、韩国RFHIC等。

　　全球GaN射频器件供应商中，住友电工和Cree是行业的龙头企业，市场占有率均超过30%，其次为Qorvo和MACOM。住友电工在无线通信领域市场份额较大，其已成为华为核心供应商，为华为GaN射频器件最大供应商。Cree收购英飞凌RF部门后实力大增，LDMOS产品和GaN产品在全球都比较有竞争力。Qorvo在国防和航天领域市场份额排名第一。

　　中国GaN器件IDM企业有苏州能讯、英诺赛科，大连芯冠科技正在布局，海威华芯和三安集成可提供GaN器件代工服务，其中海威华芯主要为军工服务。中电科13所、55所同样拥有GaN器件制造能力。

　　代工企业

　　代工厂商主要有环宇通讯半导体（GCS）、稳懋半导体、日本富士通、Cree、台湾嘉晶电子、台积电、欧洲联合微波半导体公司（UMS），以及中国的三安集成和海威华芯。此前恩智浦RF部门（安谱隆前身）、英飞凌RF部门（已出售给Cree）、韩国RFHIC将GaN射频器件委托Cree公司代工。MACOM收购Nitronex在2011年就与环宇通讯半导体（GCS）公司合作生产Si基GaN器件，一直合作至今。2016年三安光电收购GCS被美国否决，其后三安光电与GCS合资设立厦门三安环宇集成电路公司，前期主要生产6英寸GaAs晶圆。

　　重点企业介绍

　　（1）住友电工

　　日本住友电工旗下的SEDI公司（SumitomoElectricDeviceInnovations）主要生产GaAs低噪声放大器（LNA）、GaN放大器、光收发器及模块，其中GaN放大器可应用于卫星通信、无线基站、雷达站等领域，基站端GaN放大器包括驱动级PA和末级PA，主要产品为40W以下产品，频率在DC~3.7GHZ，主工作频率为2.65GHZ。住友电工为全球GaN射频器件第一大供应商，同时也是华为GaN射频器件第一大供应商，住友电工还向华为供应大量的光收发器及模块，位列华为50大核心供应商之列。除此之外，住友电工垄断全球GaN衬底市场，其技术在业内处于领先地位。

　　（2）Cree

　　Cree公司是全球最大的SiC和GaN器件制造商，主要由其子公司Wolfspeed经营RF业务。2018年，Cree以3.45亿欧元收购英飞凌RF部门，英飞凌为LDMOS放大器主要供应商，同时拥有GaNon-SiC/Si器件生产能力。收购完成后，Cree将成为全球最大的GaN射频器件供应商。Cree除自身生产GaN射频器件外，还拥有GaN代工生产能力。Wolfspeed现主要有电力器件、RF器件及材料三大业务，2018财年营收为3.29亿美元，占Cree总营收的比例为22%，相比于2017年2.2亿美元同比增长49%。增长的主要原因是器件销售同比增长30%，器件的平均售价（ASP）同比增长21%。

　　Cree公司射频放大器产品种类合计81个，频率涵盖范围从0.47GHz到6.0GHz，其中3.0GHz以下采用LDMOS技术，3.0GHz采用GaNHEMT技术。GTRA364002FC、GTRA362802FC和GTRA362002FC为GaN放大器高功率产品，最高峰值功率达400W，主要应用于5G基站。此外，Cree拥有众多低功率GaN射频产品，平均功率为10W以下，主要应用于WiMax和BWA，未来有望于在小基站领域应用。

　　（3）QorvoQorvo

　　QorvoQorvo从1999年起推动GaN研究，Qorvo能提供Sub-6GHz、厘米波/毫米波无线射频产品。Qorvo在国防和有线行业的GaN-onSiC解决方案供应量全球第一。Qorvo的所有GaN产品在200℃条件下的平均无故障时间（MTTF）均超过107小时，还是能承受高加速应力测试（HAST）的器件。此项测试在105℃、85%相对湿度且大气压不超过4atm的条件下对器件性能进行96小时的测量。

　　Qorvo营收主要由两大部门构成，即移动器件部门（MP）和基础设施及国防器件部门（IDP）。IDP器件部门提供GaAs和GaN放大器、LNA、射频开关等。IDP部门2018财年营收为7.9亿美元，同比增长29.9%，主要原因是国防及航空领域的旺盛需求，以及WIFI模块的销售高速增长。

　　Qorvo在2018年3月推出了全球功率最高的碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)RF晶体管-QPD1025，QPD1025在65V下运行1.8KW，与LDMOS相比，QPD1025的漏极效率有了显著提升，效率高出近15个百分点，QPD1025主要应用在航空及国防领域。Qorvo在5G基础设施领域的产品众多，包括放大器、低噪声放大器（LNA）、数字步进衰减器、射频开关等。18GHz以上的PA合计达13款，最高频率可达47GHz。基站端的主要产品是QPA系列和QPD系列，QPD0020的漏极效率达到了77.8%，行业内处于领先地位。

　　（4）MACOM

　　MACOM收购Nitronex，获得了GaN-ON-Si技术，成本比GaNON-Si低许多。Nitronex在2011年就与环宇通讯半导体（GCS）公司合作生产Si基GaN器件，一直合作至今。

　　MACOM和意法半导体（ST）展开合作，将在意大利Catania和新加坡分别建设射频放大器晶圆厂，主要是6”/8”的GaN-ON-Si产品，两个基地在2022年产值预计达30亿美元，制程工艺由0.5μm向0.25μm和0.15μm演进。

　　2019MWC会议上，MACOM发布了MAGX-102731-180PA产品，频率范围为2.7-3.1GHz，峰值输出功率达180W，漏极效率大于50%。从图7上看，50V/100mA情形下，GaN-on-SiC产品和MACOMGaN-on-Si产品Pout值高于LDMOS产品，MACOMGaN-on-Si产品甚至优于GaN-on-SiC产品。

　　MACOM公司的GaN-on-Si放大器产品如表10所示，高频段产品MAGx-011086输出功率和效率不是很高，2019MWC大会发布的MAGX-102731-180未来有望在市场上有较好的表现。

　　（5）Ampleon

　　2015年，Ampleon承接了从NXP中剥离出来的射频部门，北京建广资产收购后组建Ampleon集团。2016年，Ampleon在合肥开设RF能源卓越中心，Ampleon生产的LDMOS和GaN射频器件供应全球通讯设备厂商，如华为、诺基亚、爱立信、中兴以及三星等。Ampleon产品可应用于国防及航空航天、手机射频、广播及无线通信领域。

　　Ampleon现阶段出货量最大的仍是LDMOS产品，主要为2.4GHz-2.7GHz频段。Ampleon的GaN放大器产品主要分2个频段，3.5GHz以下和6.1GHz以下，CLF1G0035-200P的最高输出功率达200W，漏极效率为48%。CLF1G0035系列产品为高功率产品，主要应用于宏基站、国防及航空领域。CLF1G0060系列产品为低功率产品，输出功率不高于30W，主要应用为小基站。

　　（6）苏州能讯

　　苏州能讯成立于2007年，是中国比较领先的GaN射频功率器件的IDM公司。根据从苏州能讯半导体总经理任勉所获得的信息，苏州能讯从成立到现在已经进行了三轮融资，总共投入约10亿人民币，其第一规模工厂（FAB1）位于苏州昆山高新区，工厂占地55亩，厂房面积为18000平方米，经过第三轮5亿元融资后，现有产线改造扩容结束将具备年处理4英寸GaN晶圆5万片/年（约折合2000万支器件）的能力。若GaN器件在5G市场部署时如期爆发，苏州能讯未来将规划建设FAB2，FAB2规划为6英寸产线，资本投入将会是FAB1的三倍以上。

　　苏州能讯推出了频率高达6GHz、工作电压48/28V、输出功率从10W-390W的射频器件。在移动通信方面，苏州能讯可提供适应4G及5G的高效率和高增益的射频器件，工作频率涵盖1.8-3.8GHz，工作电压48V，设计功率从130W-390W，平均功率为16W-55W。

　　（7）英诺赛科

　　英诺赛科由海归创业团队成立，拥有硅基GaN外延生长及器件制造能力。一期项目位于珠海市国家级高新区，主要建设8英寸增强型硅基氮化镓外延与器件大规模量产生产线，主要产品包括100V650V8英寸硅基氮化镓外延片、100V-650V氮化镓功率器件、氮化镓集成电路。2018年，英诺赛科斥资60亿在苏州吴江建立生产线，产品规划覆盖低压至高压半导体功率器件和射频器件。目前还没有GaN-on-SiC射频产品。

　　（8）海威华芯

　　成都海威华芯科技有限公司由海特高新和央企中电科29所合资组建。2015年1月，海特高新以5.55亿元收购海威华芯原股东股权，并以增资的方式取得海威华芯52.91%的股权，成为其控股股东，从而涉足高端化合物半导体集成电路芯片研制领域。

　　海威华芯是一家纯晶圆代工企业，是国内较为领先的6”GaAs晶圆代工企业，主要为军工企业服务。海威华芯6英寸第二代/第三代半导体集成电路芯片生产线于2011年开工建设，2016年4月完成工程建设，于2016年8月投入试生产。该生产线设计产能为6”GaAs芯片40000片/年，GaN芯片30000片/年，SIP封装（微波组件）30000片/年。但实际工程建设中，SIP封装（微波组件）并未建设。

　　此外，海威华芯正在积极涉足GaN功率器件及射频器件领域，其0.5μm的HEMT工艺技术在6”GaN上验证成功。

　　（9）三安集成

　　三安集成是中国第一家6英寸化合物半导体晶圆制造企业，规划中的产品包括用于射频、毫米波、电力电子和光通信市场的砷化镓(GaAs)HBT、pHEMT、BiHEMT、IPD、滤波器、氮化镓(GaN)功率器件HEMT、碳化硅(SiC)和磷化铟(InP)。三安集成通讯微电子器件项目位于厦门火炬（翔安）产业园，总投资为30亿元。规划产能为30万片/年GaAs高速半导体外延片及30万片/年GaAs高速半导体芯片、6万片/年GaN高功率半导体外延片及6万片/年GaN高功率半导体芯片。根据渠道消息获知，三安集成的PA、电力电子器件已经正常出货。

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　　拓璞观点

　　观点一：

　　GaN放大器市场将在2020年迎来爆发2019年中国5G建设元年，2020年为爆发年，依据本文的测算，基站端GaN放大器市场规模达32.7亿元，同比增长340.8%。

　　GaN放大器需求数量在2019-2023年保持快速增长，2023年达18117万个，按照4”GaN晶圆切400个计算，则需要GaN晶圆数量达45万片。

　　观点二：

　　中国SiC衬底和GaN放大器企业将迎来大机遇。山东天岳、天科合达、同光晶体、中科节能、中电科46所和北电新材料是构成中国SiC衬底的主要企业，目前主要生产4”半导电型SiC衬底，年产能约为15万片/年，市场需求在20万片/年以上，产能将继续扩张。

　　但是用于GaN放大器生产用的半绝缘型SiC衬底目前出货较少，河北同光和中科节能能少量出货。由于Cree半绝缘型产品产能紧张，中国半绝缘型SiC衬底市场将持续紧张。GaN放大器以IDM企业为主，中国苏州能讯和将在合肥落地的安谱隆是少数几家拥有出货能力的GaN放大器企业。

　　现阶段50V工作电压，频率在3.5GHz以下的GaN放大器价格在10美元-12美元之间。若苏州能讯4英寸GaN晶圆5万片的年产能完全达产，产值将达2亿美元。此外，英诺赛科、大连芯冠、海威华芯、三安集成都在积极布局GaN放大器市场。中国5G建设给GaN放大器企业提供了巨大机遇。

　　Source：拓墣产业研究院

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