Industry Trend Report｜GaN Industry Chain Competitiveness

Published On: 2022/09/08|Categories: 科技(Technology)|

Gallium Nitride (GaN) RF components are mainly used in defense and telecommunication fields, and the former is the main market driver. Currently, suppliers of Gallium Nitride RF components for military use includeNorthrop Grumman,Lockheed Martin,Raytheon,SAAB,Airbus,Thales,BAE Systemcap (a poem)LeonardoIn the communications field, RF front-end modules are dominated by Skyworks, Qorvo, Broadcom and Murata. In the communications field, the global RF front-end module has been mastered by Skyworks, Qorvo, Broadcom and Murata, among which Skyworks and Qorvo focus on the RF field, both of which have already launched gallium nitride products, Broadcom has a wide range of products but intends to fade out of the power amplifier business, and Murata has less than 10% of the market share. Skyworks was founded as a result of the merger of Alpha Industries and Conexant's wireless communications division, and its technical strength is in gallium arsenide, which is produced by Hongjie Technology, with a small range of gallium nitride products.

Qorvo是由TriQuint和RFMD合併成立，早在1998年即佈局氮化鎵技術，目前已是領導廠商之一，擁有晶圓與封裝廠，具備磊晶到模組的量產能力，在軍事、基地台、航太、手機領域佈局頗深。其氮化鎵產品種類最多，如QGaN15瞄準高頻微波和Ka波段，QGaN25聚焦X和Ku波段，QGaN25HV鎖定L和S波段，QGaN50適用UHF和C波段。此外還擁有砷化鎵、SOI，濾波器和射頻CMOS等多種製程技術。

另一家氮化鎵射頻技術的領導廠商為Wolfspeed，它的前身Cree成立於1987年，初期主要經營LED業務，具備磊晶到封裝的量產能力，並可提供LED照明解決方案，為全球指標大廠。Wolfspeed為另一項化合物半導體部門，營運規模較小，2016年曾被Infineon收購但遭美國政府否決。近幾年因市場發展成熟，LED事業面臨低價競爭導致業績不斷下滑，於是在2020年3月以3.1億美元將該業務出售，自此專注第三類半導體業務。1998年該公司即推出GaN on SiC產品，氮化鎵射頻領域專利數居於領先，2018年以3.4億歐元收購Infineon的RF事業部實力大增，因而具備氮化鎵元件設計與基板到封裝製程能力，已推出28V、40V、50V等三種操作電壓的氮化鎵射頻元件，適用C、L、S、X波段。此外，該公司亦是重要的材料供應商，2019年起相繼與Infineon、ST Microelectronics、On Semiconductor、Customer等公司簽訂碳化矽晶圓供應協定。2020年第四季正式更名為Wolfspeed。

競爭分析或供應鏈的變化

氮化鎵產業可分為上游基板/磊晶、中游元件/模組、下游系統等領域，目前射頻應用主要採取GaN on SiC技術。基板的碳化矽晶圓製程難度高，導致產量供不應求，絕大部分由Wolfspeed供應，市占率達6成，其他供應還有II-VI、Si Crystal、Rohm、Norstel等公司。目前多以6吋碳化矽晶圓為供應主力，部分廠商逐步建構8吋碳化矽晶圓生產線，2019年II-VI開始提供8 吋碳化矽晶圓，同年Wolfspeed(當時Cree)宣布擴大碳化矽晶圓產能，亦將生產8吋晶圓，以因應未來龐大需求。

磊晶廠商分為自製與代工兩類，前者產線用於生產自家產品，如Wolfspeed、Infineon、Sumitomo Electric Device Innovation、Qorvo、Custom Mmic、Toshiba、Mitsubishi Electric、HRL、Leonardo、BAE System、Elta Systems、Northrop Grumman、AirBus、Thales等公司。後者是提供專業磊晶服務，如Mitsubishi Chemical、IQE、EpiGaN、SweGaN、Solitec、Scios、NTT-AT、Dowa等公司。

目前氮化鎵射頻元件主要由IDM廠為生產，如Qorvo、Infineon、Wolfspeed、Sumitomo Electric Device Innovation、Custom Mmic、Toshiba、Mitsubishi Electric、HRL、Macom、Transphorm、Macom、Wavice、Leonardo、BAE System、Elta Systems、Northrop Grumman、AirBus、Thales等公司。另有Rfhic、Ampleon、Wavepia、ADI、NXP、Iconic RF等IC設計公司，將產品交給X-FAB、TowerJazz、BRIDG、Fujitsu、AT&S、Ums等廠商代工生產。因為氮化鎵射頻元件主要用於國防及5G通訊等高階應用，所以產品是以性能而非價格取勝，為了掌控技術、產品成本和品質，多數廠商採取垂直整合模式，並依據業務發展需要併購產業上下游廠商，例如:2014年Macom收購氮化鎵半導體公司Nitronex、射頻和微波公司IKE Micro，2018年Wolfspeed(當時Cree)收購Infineon的RF事業部，2020年STMicroelectronics收購氮化鎵磊晶商Exagan與通訊技術商BeSpoon、Riot Micro。為了提升市場競爭力，廠商間併購案勢必不斷發生。

結論

隨著5G通訊市場滲透率持續增加，可承受更高功率且能縮小射頻前端尺寸的氮化鎵可望迎來高速的成長，根據市場研究機構Yole Développement預估2025年氮化鎵HEMT元件將占整體射頻前端市場銷售額的21%，2018~2025年銷售額的平均年複合成長率達12%，高於射頻前端市場的8%。目前市場主要銷售GaN on SiC射頻元件，不過因為投入廠商增加，使得具低成本優勢的GaN on Si射頻元件銷量估計於2025年後會顯著增加，有機會於2030年後成為主流技術。高單價的GaN on SiC射頻元件主要用於5G基地台、國防領域等高階應用，低單價的GaN on Si射頻元件主要用於射頻能量、有線電視、衛星通信等量大且著重成本效益之應用。因為技術門檻高，氮化鎵射頻元件供應鏈與市場已被國外IDM大廠牢牢掌握，預期可取得最大的市場商機。台灣廠商比較可能利用半導體代工之成本優勢切入此市場，尋求與IDM大廠合作是較快進入途徑。