半導體原料共經歷了三個發展階段：第一階段是以硅 (Si)、鍺 (Ge) 為代表的第一代半導體原料;第二階段是以砷化鎵 (GaAs)、磷化銦 (InP) 等化合物為代表;第三階段是以氮化鎵 (GaN)、碳化硅 (SiC)、硒化鋅 (ZnSe) 等寬帶半導體原料為主。

第三代半導體原料具有較大的帶寬寬度，較高的擊穿電壓 (breakdown voltage)，耐壓與耐高溫性能良好，因此更適用于制造高頻、高溫、大功率的射頻組件。

從第二代半導體原料開始出現化合物，這些化合物憑借優異性能在半導體領域中取得廣泛應用。

如 GaAs 在高功率傳輸領域具有優異的物理性能優勢，廣泛應用于手機、無線局域網絡、光纖通訊、衛星通訊、衛星定位等領域。

GaN 則具有低導通損耗、高電流密度等優勢，可顯著減少電力損耗和散熱負載。可應用于變頻器、穩壓器、變壓器、無線充電等領域。

SiC 因其在高溫、高壓、高頻等條件下的優異性能，在交流 - 直流轉換器等電源轉換裝置中得以大量應用。

明日之星 -GaN

GaN 是未來最具增長潛力的化合物半導體，與 GaAs 和 InP 等高頻工藝相比，GaN 制成組件輸出的功率更大;與 LDMOS 和 SiC 等功率工藝相比，GaN 的頻率特性更好。

大多數 Sub 6GHz 的蜂窩網絡都將采用 GaN 組件，因為 LDMOS 無法承受如此高的頻率，而 GaAs 對于高功率應用又非理想之選。

此外，因為較高的頻率會降低每個基地臺的覆蓋范圍，所以需要安裝更多的晶體管，進而帶動 GaN 市場規模將迅速擴大。

GaN 組件產值目前占整個市場 20% 左右，Yole 預估到 2025 年比重將提升至 50% 以上。

GaN HEMT 已經成為未來大型基地臺功率放大器的候選技術。目前預估全球每年新建約 150 萬座基地臺，未來 5G 網絡還將補充覆蓋區域更小、分布更加密集的微型基地臺，這將刺激 GaN 組件的需求。

此外，國防市場在過去幾十年里一直是 GaN 開發的主要驅動力，目前已用于新一代空中和地面雷達。

手機中基石 -GaAs

GaAs 作為最成熟的化合物半導體之一，是智能手機零組件中，功率放大器 (PA) 的基石。

根據 StrategyAnalytics 數據顯示， 2018 年全球 GaAs 組件市場(含 IDM 廠組件產值)總產值約為 88.7 億美元，創歷史新高，且市場集中度高，其中 Qorvo 的市場份額占比為 26%。

由于 GaAs 具有載波聚合和多輸入多輸出技術所需的高功率和高線性度，GaAs 仍將是 6 GHz 以下頻段的主流技術。除此之外，GaAs 在汽車電子、軍事領域方面也有一定的應用。

總結上述這些 III-V 族化合物半導體組件具有優異的高頻特性，長期以來被視為太空科技中無線領域應用首選。

隨著商業上寬帶無線通信及光通訊的爆炸性需求，化合物半導體制程技術更廣泛的被應用在高頻、高功率、低噪聲的無線產品及光電組件中。同時也從掌上型無線通信，擴散至物聯網趨勢下的 5G 基礎建設和光通訊的技術開發領域。作為資深的射頻專家，Qorvo 在這個領域有深入的研究。

Qorvo 手機事業部高級銷售經理 David Zhao 之前在接受媒體采訪時指出，5G 對 PA 線性度要求更高，所以耐壓高的 GaAs 工藝更受青睞。砷化鎵 Die 倒裝技術，已經被 QRVO 普遍采用。相比于傳統的砷化鎵 wire bonding 封裝，倒裝工藝讓模塊 厚度更薄，一致性更好。通過配合 SOI、CMOS 和 SAW/BAW 的倒裝工藝，尺寸更小，功能更 多的 SiP 射頻模組成為可能。

總結：

砷化鎵、氮化鎵 MMIC 芯片作為手機生產的重要器件，20 世紀 90 年代中期就已取代了射頻、微波領域里低性能硅基集成電路而成為無線通訊產業不可或缺的 IC 元件。因其工藝制造比硅器件困難大，以前國內尚無一家成熟的生產廠家，所需的射頻功率芯片(GaAs MMIC 、GaN MMIC)主要依賴進口，這對我國半導體產業和通訊產業特別是即將推廣應用的 5G 技術發展構成了重大屏障。在國家政策和資金大力支持下，經過多年的技術積累和發展，從材料砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)到芯片 GaAs MMIC 、GaN MMIC 實現重大突破基礎上，2018 年北京雙儀投資 10 億元在北京建設月產 2 萬片 6 吋砷化鎵單片集成電路(GaAs MMIC)規模化量產生產線，海特高新投資 14.2 億元建設 6 吋年產 4 萬片 GaAs MMIC、3 萬片 GaN MMIC 生產線，并都將在 2019 年初投產，以滿足國內 5G 等市場對砷化鎵 MMIC 和氮化鎵 MMIC 芯片的迫切需求，扭轉我國依賴進口的不利局面。

砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)作為時下新興的半導體工藝技術，尤其在高頻率、高功率、高溫度環境下實現的電源轉換效率、功率密度、寬帶穩定性等性能飛躍，成為光學存儲、激光打印、高亮度 LED 和無線通訊特別是無線網絡 5G 基站(移動通信、無線網絡、點到點和點到多點通信)、手機、軍工領域無可比擬的重要而關鍵器件。作為光電子、寬禁帶半導體材料中耀眼的新星，GaAs 在 5G 通訊、物聯網、OLED、太陽能電池等技術中的應用代表了當前和未來發展方向之一，作為有潛力的光電子材料，不但從生產到應用已經很成熟，而且穩定性和不錯的性價比以及深加工后產品價值具有 10 倍的放大系數，未來市場也將保持 9%的年均增速;GaN 應用還有待開發、但卻可以在更高頻率、更高功率、更高溫度下工作，在光學存儲、激光打印、高亮度 LED 以及無線基站等領域的應用前景受到關注，在高亮度 LED、藍光激光器和功率半導體領域是頗受歡迎的材料。

(關鍵字：半導體)