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、北京大学宽禁带开云棋牌官网在线客服研究中心、中国科学院开云棋牌官网在线客服研究所、河北大学共同搭建了“第三代开云棋牌官网在线客服材料检测平台”，推动了国内第三代开云棋牌官网在线客服产业的发展。

　　（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 Okmetic Oyj 分离出来的企业，位于瑞典 Norrk?ping 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%股权出售给意法开云棋牌官网在线客服，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（Sumitomo Electric Device Innovations）、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开云棋牌官网在线客服（GCS）、稳懋开云棋牌官网在线客服、日本富士通、Cree、台湾嘉晶电子、台积电、欧洲联合微波开云棋牌官网在线客服公司（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 年就与环宇通讯开云棋牌官网在线客服（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（Sumitomo Electric DeviceInnovations）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 GaN HEMT 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 年就与环宇通讯开云棋牌官网在线客服（GCS）公司合作生产 Si 基 GaN 器件，一直合作至今。

　　MACOM 和意法开云棋牌官网在线客服（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-102731-180 PA 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，MACOM GaN-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。根据从苏州能讯开云棋牌官网在线客服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 100V650V 8 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开云棋牌官网在线客服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开云棋牌官网在线客服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/第三代开云棋牌官网在线客服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 英寸化合物开云棋牌官网在线客服晶圆制造企业，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 高速开云棋牌官网在线客服外延片及 30 万片/年 GaAs 高速开云棋牌官网在线客服芯片、6万片/年 GaN 高功率开云棋牌官网在线客服外延片及 6 万片/年 GaN 高功率开云棋牌官网在线客服芯片。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。

　　2

　　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。