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「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( 三 )


GaAs射频功率放大器最常用的设计工艺包括HBT（异质结双极晶体管）、HEMT（调制掺杂场效应晶体管）、pHEMT（赝调制掺杂异质结场效应晶体管）和MESFET（金属-半导体场效应晶体管） 。 其中HBT晶体管：
①纵向器件 ， 相比HEMT和MESFET横向器件 ， 有效洁面积上流过的电流密度更大 ， 功率密度更高；
②单一正电源供电 ， HEMT和MESFET一般需要负的栅极电压；
③双极型晶体管 ， 相比HEMT和MESFET跨导更高 ， 能获得更高增益；
④开启电压取决于外延层的禁带宽度 ， 而HEMT和MESFET的阈值电压由加工工艺精度决定 ， HBT晶体管开启电压一致性更好；
⑤漏电流小 ， 用于制作手机功放可延长电池寿命；
因此 ， HBT工艺是当前GaAs射频功率放大器采用的主流工艺 。
▼GaAsHBT基本结构示意图
「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

资料来源：知网 ， 兴业证券经济与金融研究院整理
▼GaAspHEMT基本结构示意图
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本文插图

资料来源：知网 ， 兴业证券经济与金融研究院整理
▼智能手机用功率放大器从2G到5G的演进
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资料来源：Yole ， 兴业证券经济与金融研究院整理
GaAs市场空间测算5G带动砷化镓需求量新一轮成长 ， 代工经营模式发展壮大
▼全球砷化镓元件市场规模
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本文插图

数据来源：strategyanalytics ，
广发证券发展研究中心
砷化镓半导体代工经营模式出现 。 在无线通讯的拉动下砷化镓微波功率半导体需求量快速增长 ， 考虑到半导体制造需要巨额的研发和设备投入 ， 产品价格下降快等因素 ， 未来在砷化镓整体产业拥有竞争力 ， 砷化镓半导体垂直分工的经营模式出现 。 尽管目前砷化镓半导体主要由美国三家IDM厂商（Skyworks ， TriQuint与RFMD合并而成的Qorvo ， Avago）占据 ， 但近年来 ， 晶圆代工在整个市场中的占比不断提高 。 其中中国台湾的稳懋是砷化镓晶圆代工领域龙头 ， 主要客户为Avago、Murata、Skyworks、RDA、Anadgics等 。
手机：换机潮+渗透率提升+PA数量增加 ， GaAs需求大放量
5G时代拉动换机需求 ， 智能手机市场有望重返增长轨道 。 全球智能手机进入2015年以来 ， 已经属于存量市场 ， 市场日趋饱和 ， 终端创新力度下降 ， 消费者换机周期拉长 ， 出货量持续下滑 。 全球来看 ， 根据IDC数据 ， 2018年全球智能手机出货量13.95亿部 ， 同比下滑4.8% ， 但今年下半年开始市场出现复苏迹象 ， 预计下半年出货量同比降幅收窄至0.4% ， 全年出货量预计达13.711亿部 ， 同比下滑2.2% 。 国内来看 ， 2018年全年国内手机出货量4.14亿部 ， 同比下滑15.6% ， 2019年前三季度出货量2.87亿部 ， 同比下滑5.7% ， 降幅
已经有所收窄 。 我们认为 ， 伴随5G的推进 ， 消费者换机升级的需求会受刺激 ， 智能手机出货量颓势有望扭转 。 根据IDC预测 ， 预计2020年全球智能手机出货量将止跌转升 ， 同比增长1.6% ， 到2023年 ， 预计全球智能手机出货量达到14.845亿部 ， 2018-2023年GAGR达1.1% 。
GaAs在手机PA的市场份额有望持续提升 。 Si基CMOS由于禁带宽度较小、击穿电场较弱 ， 电子迁移率和饱和电子速率较低 ， 在工作频率、输出功率等方面性能上的局限性明显 ， 将越来越难以适应射频器件应用场景向高频、高功率的演进 。 同时 ， 性能更优的GaN基射频器件因技术和成本等问题尚难实现商业化应用 ， 5G时代Sub6GHz阶段仍将是GaAs材料的主场 ， GaAsPA预计将持续抢占Si基CMOS的市场份额 ， 渗透率进一步提高 。


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