「我的第一部5G手机」智芯研报-新基建系列 | 化合物半导体如何成为新基建之基石：GaAs( 二 ) |经济|技术|2019

常见的射频器件用半导体材料有Si、GaAs、GaN、SiC、InP和SiGe 。从目前的应用来看，属于百花齐放、百家争鸣的格局，其中，最主流的是SiCMOS和GaAs两种。 5G时代的到来，对射频器件用半导体材料也提出了新的要求。从衬底材料的角度，当前5G时代Sub-6GHz）仍然是GaAs的主场。
▼射频器件不同材料

本文插图

资料来源：Yole ，兴业证券经济与金融研究院整理
砷化镓（GaAs）是当前最重要、技术成熟度最高的化合物半导体材料之一。 GaAs材料具备禁带宽度大、电子迁移率高的特性，且为直接带隙，发光效率高，是当前光电子领域应用的最主要材料，同时也是重要的微电子材料。根据导电性能的差异， GaAs材料可分为半绝缘（SI）GaAs和半导体（SC）GaAs 。

半绝缘GaAs晶片中，衬底与形成在顶部的外延晶体管器件绝缘，主要应用于制作射频电路。
半导体GaAs通过向GaAs中添加熔融导电掺杂剂来产生半导电的晶锭，主要用于制作光电器件，例如LED、激光器和光伏器件。

传统2G手机中，一般需要2个功率放大器（PA），且只有一个频段，噪声要求低，使用1个射频开关器；到了3G时代，一部手机平均使用4颗PA ， 3.5G平均使用6颗PA ，使用2个射频开关器；4G时代的手机平均使用7颗PA ， 4个射频开关器。 4G的射频通信需要用到5模13频；下一代5G技术，其传输速度将是现行4GLTE的100倍，目前只有砷化镓功率放大器可以实现如此快速的资料传输， 4G及未来的5G通讯已成为砷化镓微波芯片重要的成长动能之一。
▼传输信息增加导致射频元件需求量增加

「我的第一部5G手机」智芯研报-新基建系列 | 化合物半导体如何成为新基建之基石：GaAs

本文插图

数据来源：Qorvo ，广发证券发展研究中心
▼高频趋势下射频元件需求量增加

本文插图

数据来源：Qorvo ，广发证券发展研究中心
由于砷化镓高频传输的特性，除了在手机应用中飞速成长外，平板电脑、笔记本电脑中搭载的WiFi模组、固定网络无线传输，以及光纤通讯、卫星通讯、点对点微波通讯、有线电视、汽车导航系统、汽车防撞系统等，也分别采用1~4颗数量不等的功率放大器，这都是推动砷化镓成长的强大动力。
▼GaAs当前主要应用市场

本文插图

资料来源：Yole ，兴业证券经济与金融研究院整理
射频为当前GaAs材料应用的最主要下游从2017年GaAs衬底的出货量数据来看，四大主要应用领域中，射频、LED、激光和光伏市场占比分别为46.52%、42.19%、10.17%和1.12% ，射频和LED是GaAs衬底应用的最主要市场。
外延片领域，射频和激光应用是外延片外包领域两个重要市场，从2017年GaAs外延片出货量数据来看，射频领域在规模上也具备明显优势。
从性能来看， GaAs无疑是最优选项
砷化镓（GaAs）：当前最主流，同时也是技术最成熟的化合物半导体材料。随着5G时代的来临，天线体积小型化、载波聚合技术、多用户多入多出技术对功率等级和线性度要求较高， GaAs：
①具备高电子迁移率和饱和电子速率，电子迁移率在当前半导体材料当中具备绝对优势，是Si材料的6倍以上，同时也显著高于第三代半导体材料，饱和电阻速率也达到Si材料的2倍；
②禁带宽度大，为1.42eV ，而Si仅1.12eV；
③临界击穿电压高于Si；
因此， GaAs是目前5G中频段射频器件应用最理想的材料之一。