• 5G行動通訊推升GaN需求快速成長；
• GaN射頻技術實現更高功率、更低系統成本、更小射頻前端尺寸；
• GaN射頻技術門檻高，RF元件大廠與大型半導體公司將主導市場；

Skyworks：成立於1962年，技術強項在GaAs技術，產品應用在RF射頻前端的主動、被動元件以及模組整合，超過50%的營收來自Apple，其他營收來自濾波器、微型基地台應用等，目前已推出GaN PA產品，跟Qualcomm合作頗深；

Qorvo：在RF領域耕耘超過30年，由TriQuint和RFMD兩家公司在2014年合併而成，佈局GaN磊晶技術已久，並自有晶圓廠，2015年就開始6吋GaN-on-SiC晶圓的生產。在軍事雷達、基地台與航太衛星、手機佈局頗深，根據Bloomberg的資料，超過30%營收來自Apple。除了PA之外，Qorvo也是BAW濾波器大廠，出貨已經超過90億顆；

Broadcom：產品橫跨CPU、交換機、乙太網路晶片、Wi-Fi與藍牙modem等，前端射頻事業較是輔助角色。原計畫在2019年出售RF事業，據傳Apple為可能買家，但雙方在2020年簽署了150億美元合約，RF事業體獲得大客戶Apple的支持；

Murara：產品線相當多元，除RF前端模組外，還包含液晶高分子軟板、Wi-Fi與藍牙模組、被動元件等，在PA領域為四家廠商中占比最低者，另外也是SAW濾波器大廠。

手機RF Front End的生態系統，資料來源：Yole Developpement 2019

GaN基板技術

GaN受限於其物理特性，很難直接長成基板，目前Bulk GaN基板技術只能做到2～3英吋，因此主要還是在其他晶格相近的基板材料上沈積生長。

• GaN-on-Si：在傳統的矽晶圓基板上長晶具有成本優勢，但兩種材料晶格差異較大，技術成熟度與製程良率還需進一步提升，較適合消費、衛星通訊、有線電視、無線通訊基地台回傳系統等

• GaN-on-SiC：在SiC晶圓基板上長晶，因為兩者晶格相同，且SiC導熱係數為Si的三倍，產品性能較佳但成本較高，適合要求性能、價格較不敏感的應用，例如5G基地台、國防領域等
• GaN-on-Diamond：性能最佳但成本最高，應用侷限於高階衛星通訊、軍事國防用途

在市場發展前景上，根據Yole Developpement的預期，2025年之前GaN-on-SiC具有較大的市場需求，之後隨著GaN-on-Si的技術成熟與手機端的導入，需求量有機會在2030年前超過GaN-on-SiC。隨著5G的導入，兩者都能得到快速成長，性能上 GaN-on-SiC更優秀，適合基地台，而GaN-on-Si較具備成本優勢，較被看好能進入手機終端。

GaN-on-XX基板應用趨勢，資料來源：Yole Developpement

GaN與其他射頻材料技術比較

在不同射頻技術應用上，目前消費終端產品多採用CMOS、GaAs技術，高功率基地台則是GaAs和GaN的天下。

在操作頻率上，雖然SiGe（矽鍺）、GaAs（砷化鎵）、GaN-on-SiC都能達到100GHz，但5G因為訊號穿透力較弱，需要更高的發射功率，在輸出功率上是GaN-on-SiC > GaN-on-Si > GaAs > SiGe。

目前射頻領域常用的GaAs砷化鎵材料技術，因其工作電壓、散熱係數較低，限制了輸出功率水平，而GaN技術則能實現更高的功率、簡化的系統設計、更低的系統成本，因此在射頻功率放大器PA上有明顯的競爭優勢。

GaN/SiC、GaN/Si、GaAs、SiGe、Si的射頻特性比較，資料來源：Analog Device

在5G MIMO天線設計上，GaN因為其輸出功率大，能夠大幅縮小模組尺寸，除了高性能外，小尺寸也是重要的競爭優勢。

GaN在5G毫米波天線的優勢 - 大幅縮小尺寸、降低功耗及成本

目前手機行動通訊 3G/4G 主要採用 GaAs 材料製作功率放大器（PA），其技術已經成熟且穩定可靠。但 GaN 能實現更高的電壓，減少損耗、提升效率、進一步縮減晶片尺寸，甚至整合成微型化前端射頻模組晶片，隨著GaN技術演進，已經進入商業市場，成本進一步降低後，更可望滲透至手機市場。

5G射頻前端採用GaN vs GaAs的競爭優勢 - 更小尺寸、更高功率密度

早期GaN射頻無線技術發展主要受到美國DARPA（國防先進研究局）的支持，主要應用在國防軍事領域，爾後逐漸往有線電視、衛星通訊發展，4G LTE時代開始進入基地台應用，隨著5G在2020年開啟導入，市場將迎來加速成長。

在射頻通訊領域，預估2025年之前GaN-on-SiC為應用主力，隨著成本降低、技術成熟，預估到2030年GaN-on-Si有機會超越成為市場主力。

GaN-on-XX技術應用領域 vs 元件出貨量，資料來源：Yole Developpement

根據Yole Developpement的預測，GaN射頻元件市場將從2019年的7.4億美金成長到2025年的20億美金，前三大市場分別在軍事、通訊基礎建設和衛星通訊領域，主要貢獻來自GaN-on-SiC技術。目前GaN最主要的應用是在射頻通訊的功率放大器PA上，但隨著製程工藝的成熟，長期來看可望應用在更多的RF元件領域。

GaN射頻元件市場預估，資料來源：Yole Developpement

GaN產業鏈（包含RF、Power）

GaN產業鏈相關公司（包含RF及Power），資料來源：Yole Developpement

上游基板（GaN、SiC）

在GaN/SiC上游基板上，主要廠商有美國的Cree（$CREE）/Wolfspeed、II-VI（$IIVI），日本Rohm旗下的SiCrystals、Mitsubishi Chemical，歐洲的EpiGaN、Siltronic，台灣的台積電（$TSM）、嘉晶和晶元光電（偏重功率應用），以及大陸的SICC（山東天岳）、北京天科合達等公司。

RF元件

全球的射頻晶片市場，原被幾乎被Qorvo（$QRVO）、Skyworks（$SWKS）、Broadcom（$AVGO）三大射頻晶片公司壟斷，但Cree/ Wolfspeed在2018年以3.4億歐元收購Infineon英飛凌的RF Power事業，提供完整自上游基板到下游RF元件的完整GaN元件設計生產能力；NXP恩智浦（$NXP）在美國設立的6吋RF GaN晶圓廠也在2020年9月正式開始營運；意法半導體則在2018年自通訊大廠Macom授權GaN-on-Si技術，並在2020年宣布與台積電合作開發晶圓製程技術。

隨著GaN晶圓代工技術的發展，預期將會有更多Fabless的RF GaN晶片設計公司，例如Altum、Iconic、大陸的飛驤科技（Lansus）等，但RF射頻領域技術門檻極高，是否能成功仍有待觀察。

磊晶、晶圓代工

在晶圓製程部份，台灣的台積電（$TSM）、漢磊（Episil）、穩懋（WIN）、全新光電（VPEC）、晶元光電/晶成半導體等都提供磊晶代工服務，環宇通訊（GCS）、XFAB、三安光電、海特高新、韓國Wavice等。

結語

隨著5G通訊技術的導入，GaN在射頻RF領域的技術優越性，可望迎來高速的成長，而GaN技術得以實現更高功率、更低系統成本、更小射頻前端尺寸，然而RF技術本身難度高，預期長期耕耘的RF無線通訊大廠以及資源雄厚的國際大廠有更好的市場機會。