氮化鎵（GaN）是直接寬帶隙半導體材料，屬于第三代半導體，具備良好的導熱率、抗輻射能力、擊穿電場和電子飽和速率。其在微波射頻領域的應用器件主要包括GaN高電子遷移率晶體管（HETM）和GaN單片微波集成電路（MMIC），均可用于通訊基站。
隨著5G的到來，目前通訊基站使用的砷化鎵器件已無法滿足在高頻下保持高集成度。而GaN射頻功率放大器所具備的高功率、增益和效率更能適配5G基站的技術需求。因此，GaN成為最有潛力的發(fā)展熱點。國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會天津院特撰寫了《5G戰(zhàn)場必爭之地系列③——第三代半導體高端材料GaN全球技術分析報告》，對其潛在市場蛋糕價值、大國布局競爭搶位、行業(yè)未來發(fā)展趨勢等進行深入分析研究。本文對報告核心內(nèi)容進行了精選。
產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
目前占據(jù)消費品電子領域市場主流的砷化鎵射頻功率放大器（GaAs PA）已無法滿足5G的技術需求，相比之下，氮化鎵射頻功率放大器（GaN PA）具有更高的功率、增益和效率，用于基站端能更有效地滿足未來5G技術所需要的高功率、高效率以及高通信頻段等要求。因此，GaN PA成為最有潛力的發(fā)展熱點。
據(jù)國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會天津院分析師稱，研究數(shù)據(jù)顯示2016年射頻功率半導體（＞3W）市場規(guī)模接近15億美元，預計2020年將達到26億美元，其中電信基礎設施（包含基站、無線回傳）射頻功率半導體將占據(jù)一半的市場份額。但是2016年GaAs器件市場占比較多，GaN器件僅占比約20％。2017年GaN射頻器件市場規(guī)模約為3.8億美元，預計2023年將達到13億美元。
5G基礎建設大范圍鋪開后，GaN器件數(shù)量將以80％的年均復合增長率增長。借此5G發(fā)展的契機，GaN功率器件潛在的巨大市場逐漸被發(fā)掘，有望發(fā)展為市場的中流砥柱。
國外格局：美國領先，日歐緊隨
美國為保霸主地位，對華“奇招頻出”
在半導體射頻領域美國一騎絕塵，日歐緊隨。美國GaN的領先技術得益于美國半導體全產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，而美國半導體之所以能長期占據(jù)霸主地位離不開美國政府的積極介入，通過政策指引給予大力扶持。
政策方面，美國積極發(fā)揮政府職能推進半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展；科研方面，美國首先著眼于基礎學科建設，從扎實研究基礎出發(fā)，國家科學基金每年提供約70億美元的支持，專門用于支持高校的基礎物理科學和數(shù)學研究。
為保持在半導體領域前沿技術的領先優(yōu)勢，美國政府除在政策上的大肆鼓勵與扶持，還采取一系列非常手段強勢掌控先進技術、避免外流，從而穩(wěn)固領軍地位。2015年以來，美國外資投資委員會(CFIUS)以威脅美國國家安全為由，封殺了多起中資參與的并購案。中國資本收購美國企業(yè)受美阻撓失敗案例表詳見報告原文。可關注公眾號前沿材料，聯(lián)系客服獲取報告完整版。
歐盟、日韓加強部署，欲占一席之地
2016年，英國投入400萬英鎊建立化合物半導體應用創(chuàng)新中心加速化合物半導體器件商業(yè)應用；26家企業(yè)和機構合作建立化合物半導體研究所和半導體研究中心，大學、政府、英國工程與物理科學研究委員會投資超過6000萬英鎊，聚焦電力電子、射頻/微波、光電、傳感器四大技術；日本政府2016年啟動名為“有助于實現(xiàn)節(jié)能社會的新一代半導體研究開發(fā)”的GaN功率元件聯(lián)合開發(fā)項目；同年，韓國政府也針對功率器件方面，重點圍繞硅基GaN和碳化硅啟動功率電子國家項目。
國內(nèi)格局：多方施力，尋找中國“芯”突圍之道
半導體材料是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)的重中之重，是我國重點發(fā)展的戰(zhàn)略性材料，為建立一個更先進、更完善的半導體產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)降低進口依賴的目標，國家和各地方針對半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略布局政策頻出。半導體產(chǎn)業(yè)扶持相關政策表詳報告見原文。
就全球半導體射頻市場而言，據(jù)國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會天津院分析師稱，“目前美國、日本等國際巨頭始終占據(jù)主導地位，4G智能手機所使用的GaAs射頻器件，僅美國的Skyworks、Qorvo和Broadcom、Qualcomm四家公司就占據(jù)近95%的市場占有率。相比之下，我國的市場占有率僅1%左右，差距懸殊。”
為追趕5G發(fā)展的浪潮，各企業(yè)努力打破壁壘，自主研發(fā)設計射頻芯片，努力實現(xiàn)國產(chǎn)替代。由中國科學院高端人才組成的本創(chuàng)微電子團隊已完成多款關鍵GaN功率放大器芯片設計，于2018年12月10日的中國國際應用科技交易博覽會上展出了具有自主知識產(chǎn)權的GaN功率放大器芯片，該芯片已通過中電集團客戶認證。
如今，面臨如此緊張的5G技術搶位戰(zhàn)以及GaN功率器件潛在的巨大市場，GaN已成“兵家必爭”。國內(nèi)企業(yè)需通過自主創(chuàng)新突破技術壁壘，掌握自主的核心技術，在實現(xiàn)國產(chǎn)化的基礎上，借助發(fā)展5G的東風將國產(chǎn)GaN推向世界。