如今，電子業正邁向4G的終點、5G的起點。 后者發展上仍有不少進步空間，但可以確定，新一代無線電網絡勢必需要更多組件、更高頻率做支撐，可望為芯片商帶龐大商機--特別是對RF功率半導體供貨商而言。 對此，市研機構Yole于7月發布「2017年RF功率市場與科技報告」指出，RF功率市場近期可望由衰轉盛，并以將近二位數的年復合成長率(GAGR)迅速成長；同時，氮化鎵(GaN)將逐漸取代橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)，成為市場主流技術。

拜電信基站升級、小型基地臺逐漸普及所賜，RF功率市場可望脫離2015年以來的低潮，開始蓬勃發展--報告指出，整體市場營收到2022年底則有望暴增75%之多，2016~2022年間CAGR將達9.8%；其中，占電信基礎設施近一半比重的基站、無線回程網絡等相關組件，同一時段CAGR各為12.5%、5.3%。 再者，鑒于效能較高、體積較小且穩定性較佳，砷化鎵(GaAs)、GaN等固態技術將在國防應用上逐漸取代真空管，提供RF功率組件更多發展機會。 Yole預期，此部分營收至2022年將成長20%，2016~2022年間CAGR達4.3%。

技術方面，受與日俱增的信息流量、更高操作頻率與帶寬等需求驅使，GaN組件使用越來越普遍，正于電信大型基站、雷達/航空用真空管與其它寬帶應用上取代LDMOS組件，現已占據整體20%營收以上。 針對未來網絡設計，Yole表示，GaN之于載波聚合(CA)、多輸入多輸出(MIMO)等新科技，效能與帶寬上雙雙較LDMOS具優勢。 此外，得力于在行動網絡產業發展得當，GaAs技術已成熟到能進入市場，可望在國防、有線電視等應用上穩占一席之地。

此報告估計，GaN將于未來5~10年成為3W以上RF功率應用的主流技術，GaAs基于其穩定性與不錯的性價比，也得以維持一定比重；至于LDMOS部分則將繼續衰退，市場規模跌至整體15%，然考慮到其高成熟性與低成本等，短期內在RF功率市場仍不至面臨淘汰。

絡達科技技術長林珩之表示，5G基地臺的功率放大器將會以砷化鎵與氮化鎵制程為主，因其是功率主導(Power Handle)，并以表現度為主要衡量指針。 但這樣的制程需更多的校準(Calibration)程序，成本會比較高。 不過，基地臺的整體數量相較于手機應用是比較少的，因此即便其成本略高，仍在客戶能接受的范圍內。

林珩之指出，功率主導的特性，更將促使氮化鎵比砷化鎵來得更有優勢，因頻率更高，往往得靠氮化鎵才有辦法做到。 到了5G時代，氮化鎵將很有機會取代橫向擴散金屬氧化物半導體(Lateral Diffused MOS, LDMOS)。

而在手機功率放大器部分，目前2G是以互補式金屬氧化物半導體(CMOS)制程為主，3G、4G則是砷化鎵制程，5G因為高頻的關系，絡達十分看好氮化鎵制程，該技術同時還能讓電壓撐得更久。

林珩之分析，未來5G時代，手機功率放大器采用的半導體制程，預估將會是砷化鎵/氮化鎵占一半、CMOS占一半。 小于6GHz頻段的半導體技術，會是以砷化鎵與氮化鎵制程為主，因天線與電磁波的波長是成正比的，且高頻的天線比較大，也就須采用高功率的技術來達成，因此很有機會變成砷化鎵與氮化鎵制程的天下。

林珩之進一步指出，氮化鎵制程有辦法支撐很高的功率，這是CMOS無法做到的。 除非5G技術有辦法運用小功率在空中進行融合，CMOS制程才會有機會涵蓋到這部分的市場。 但在5G mmWave頻段，則會是以CMOS制程為主。 林珩之進一步表示，因mmWave頻段采用的天線比較小，就會是以CMOS制程為主，像是CPU、GPU、ASIC等，該制程與化合物半導體很不相同，價格會比砷化鎵/氮化鎵制程來得低。

此外，CMOS制程的應用領域也比較寬廣，目前在交換器(Switch)上便使用得相當廣泛，而采用氮化鎵制程的交換器就比較難做，因其是屬于雙極性接面型晶體管(Bipolar Junction Transistor, BJT)。 物聯網這類以價格為主要驅動的應用，由于對功率的要求比較低，也會是CMOS制程所能發揮的地方。

GaN 在射頻應用中脫穎而出的三大原因

鎵 (Ga) 是一種化學元素，原子序數為 31。鎵在自然界中不存在游離態，而是鋅和鋁生產過程中的副產品。

GaN 化合物由鎵原子和氮原子排列構成，最常見的是纖鋅礦晶體結構。纖鋅礦晶體結構（如下圖所示）呈六方形，通過兩個晶格常數（圖中標記為 a 和 c）來表征。

GaN 晶體結構

在半導體領域，GaN 通常是高溫下（約為 1,100°C）在異質基板（射頻應用中為碳化硅 [SiC]，電源電子應用中為硅 [Si]）上通過金屬有機物化學氣相淀積 (MOCVD) 或分子束外延 (MBE) 技術而制成。

GaN-on-SiC 方法結合了 GaN 的高功率密度功能與 SiC 出色的導熱性和低射頻損耗。這就是 GaN-on-SiC 成為高功率密度射頻應用合并選擇的原因所在。如今，GaN-on-SiC 基板的直徑可達 6 英寸。

GaN-on-Si 合并的熱學性能則低得多，并且具有較高的射頻損耗，但成本也低很多。這就是 GaN-on-Si 成為價格敏感型電源電子應用合并選擇的原因所在。如今，GaN-on-Si 基板的直徑可達 12 英寸。

那么，為何 GaN 在射頻應用中優于其他半導體呢？

相比 Si 和 GaAs 等其他半導體，GaN 是一種相對較新的技術，但它已然成為某些高射頻、大功耗應用的技術之選，比如需要長距離或以高端功率水平傳輸信號的應用（如雷達、基站收發器 [BTS]、衛星通信、電子戰 [EW] 等）。

GaN-on-SiC在射頻應用中脫穎而出，原因如下：

高擊穿電場：由于 GaN 的帶隙較大，GaN 具有較高的擊穿電場，這使得 GaN 設備的工作電壓可遠遠高于其他半導體設備。當受到足夠高的電場作用時,半導體中的電子能夠獲得足夠動能來打破化學鍵（這一過程被稱為碰撞電離或電壓擊穿）。如果碰撞電離未得到控制，則可能會降低器件性能。由于 GaN 器件可以在較高電壓下工作，因此可用于較高功率的應用。

高飽和速度：GaN 上的電子具有很高的飽和速度（在極高電場下的電子速度）。當結合大電荷能力時，這意味著 GaN 器件能夠提供高得多的電流密度。

射頻功率輸出是電壓與電流擺幅的乘積，所以，電壓越高，電流密度越大，則實際尺寸的晶體管中產生的射頻功率就越大。簡言之，GaN 器件產生的功率密度要高得多。

出色的熱屬性：GaN-on-SiC 器件表現出不同一般的熱屬性，這主要因為 SiC 的高導熱性。具體而言，這意味著在消耗功率相同的情況下，GaN-on-SiC 器件的溫度不會變得像 GaAs 器件或 Si 器件那樣高。器件溫度越低才越可靠。

廠商相機而動，Qorvo恐成最大贏家

伴隨RF功率組件發展趨勢日漸明朗，各家大廠開始有所動作、搶爭新世代科技的主導權：主流LDMOS供貨商包括恩智浦(NXP)、安譜隆(Ampleon)、英飛凌(Infineon)等，正嘗試透過外部代工獲取GaN技術；傳統GaAs廠商亦紛紛開始著重投資在此，少部分已成功將產能轉進GaN、在市場拔得頭籌；至于純GaN供貨商如科銳(Cree )旗下之Wolfspeed，一方面為LDMOS大廠供應相關組件、壯大市場，一方面則努力確保自身在GaN技術發展的領先地位。

據Yole指出，待GaN組件成為主流，掌握GaN市場的廠商將取代LDMOS主力廠商，成為RF功率市場領導者--現階段除Wolfspeed，該領域領導廠商幾乎都是由GaAs廠商轉進。 就近期包括Infineon收購Wolfspeed受阻于美國政府、和康電訊(M/A-COM)與Infineon間的訴訟等相關事件來看，該領域的競爭似乎也日趨白熱化。而在背后還隱藏著一哥射頻大玩家——Qorvo。

作為射頻領域的專家，Qorvo 預測， 8GHz 以下砷化鎵仍是主流， 8GHz 以上氮化鎵替代趨勢明顯。砷化 鎵作為一種寬禁帶半導體，可承受更高工作電壓，意味著其功率密度及可工作溫度更高，因而具有高功率密度、能耗低、適合高頻率、支持寬帶寬等特點，包括Qorvo在內的幾個業界先驅已經在GaN上投入了巨額資金研究。

GaAs、 Si-LDMOS、 GaN 方案面積對比（source：Qorvo）

Qorvo表示，由于GaN具有高功率密度、寬頻性能、高功率處理、輸入功率穩定、減少零件尺寸和數量等特點，讓其受到功率放大器和無線基礎設施等市場的青睞。

據測試顯示，GaN可以在一個微小的面積上發射很大的功率，且單位面積上收到的熱度是GaAsDE 的十倍以上，因非常適合于5G正在追逐的毫米波頻段。

我們需要清楚一點，GaN器件并不是一種新東西，它其實一早就被應用到軍事雷達和有線電視等相關設施。但受限于成本問題，過去才一直沒有被推廣到民用領域。但在經過了Qorvo和Macom這些企業的努力，GaN材料的成本和制造成本開始下降。

如Qorvo早前宣布將其重心轉移到6英寸SiC基GaN上，這些都有效的提高了其成本競爭優勢。不過我們也要看到，其帶來的功耗問題，也需要廠商去解決。

Qorvo無線基礎設施產品部總經理Sumit Tomar認為，LDMOS器件物理上已經遇到極限，這就是氮化鎵器件進入市場的原因。而基站應用需要更高的峰值功率、更寬的帶寬以及更高的頻率，這些因素都促成了基站接受氮化鎵器件。但是GaN在進入手機的過程中，碰到了一些阻礙。Qorvo方面表示，氮化鎵器件工作在低電壓環境、必須設計新封裝形式以滿足散熱要求和成本太高是制約GaN器件走向手機的關鍵。