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要說GaN有多火，如果你是手機制造商，不推出一款GaN快充可能會被嘲笑“落伍”。而在射頻領域，GaN更被認為是高功率和高性能應用場景的未來。在SiC襯底上生長出的GaN呢？優秀基因的強強結合能否成就未來的王者？

“高規格”市場的枷鎖

GaN-On-SiC（碳化硅基氮化鎵）結合了SiC優異的導熱性和GaN高功率高頻的特點，目前已廣泛應用于5G基站、國防領域射頻前端的功率放大器（PA）。

在RF GaN行業，碳化硅基氮化鎵也確實是一位當之無愧的老前輩。 除了在軍用雷達方面的深度滲透外，由于能夠更好滿足5G技術的高功率、高頻率及寬禁帶等要求，也一直是華為、諾基亞、三星等電信OEM廠商5G基站基礎設施的選擇。

集微訪談視頻截圖

業內人士指出，基站仍然是RF GaN收入的主要來源。“目前5G基站還是以Sub-6GHz通信技術為主，但未來會往毫米波方向布局，會向更高頻的技術上發展” ，市場研究機構Yole的分析師邱柏順在接受集微訪談采訪時說。

隨著全球加速5G部署，碳化硅基氮化鎵有望在不久的將來取代硅基LDMOS 在射頻市場的主導地位。據Yole預計，到2026年，GaN射頻市場將達到24億美元，2020-2026年復合年增長率為18%。其中，碳化硅基氮化鎵射頻市場預計達到22億美元以上，預測期內復合年增長率為17%。

圖源：Yole De?veloppement

和基站市場的火熱不同，碳化硅基氮化鎵在移動終端領域卻格外冷清，尚未開始規模應用。可以這樣形容，碳化硅基氮化鎵——這位“高規格”市場的老前輩，在面向大眾的市場上，還只是一個正待冉冉升起的“新星”。

作為限制GaN 同質外延的最主要因素，成本也是碳化硅基氮化鎵要提高全民 “喜愛度”必須解決的首要問題。

圖源：平安證券

近兩年，業界紛紛開始擴展碳化硅基氮化鎵的襯底尺寸，以尋求更優的成本效益，包括美國Cree 和Qorvo都在向6英寸升級。去年，NXP宣布在美國亞利桑那州建造的首座6英寸GaN RF晶圓廠正式運營。

邱柏順認為，NXP是一個非常關鍵的例子，代表了碳化硅基氮化鎵正受到主流廠商的采用。未來需求的可預見性增長正加速生產平臺從4英寸向6英寸方向演進。預計到2024年，整體市場上的6英寸碳化硅基氮化鎵的數量將超過4英寸，6英寸將漸漸成為主流。

NXP 亞利桑那州6英寸GaN晶圓廠開幕式

不過，鑒于碳化硅襯底制造困難，關鍵技術仍掌握在少數美國廠商如Cree、II-VI等手中，因此在邱柏順看來，“工藝技術的升級可能仍會先以美國公司為主”，全球范圍的推廣可能存在時間上的差異。

但無論如何，GaN-On-SiC走出“高規格”市場需要的不僅是工藝端的進步，更需要整個供應鏈協同發展，產業上下游全面建設。

來自“大眾情人”硅的威脅

這一天多久才能到來？

在那之前，硅基氮化鎵能否先于碳化硅基氮化鎵在移動終端領域大放異彩？相比于SiC，Si基襯底價格更加便宜，且易于垂直集成，尺寸擴展也相對容易。不過就目前來說，硅基氮化鎵PA在5G手機等消費電子領域還處于探索階段。

Yole在之前的一份報告中指出，截至2021年第二季度硅基氮化鎵的市場容量很小，但硅基氮化鎵PA因其大帶寬和小尺寸已吸引智能手機OEM，預計可能很快會被支持Sub-6GHz的5G手機型號采用。

盡管如此，在邱柏順看來，硅基氮化鎵PA仍然需要一個“殺手級應用”打開射頻市場。這一過程需要第一個吃螃蟹的公司。誰會最終站出來，并將硅基氮化鎵PA的供應鏈梳理完備？

截至目前，包括美光、意法半導體在內的公司都在推動硅基氮化鎵研發計劃。上半年，雷神和格芯也宣布將合作研發新型硅基氮化鎵半導體。國內方面，6月5日，英諾賽科蘇州8英寸硅基氮化鎵研發生產基地已經正式進入量產階段。

邱柏順對表示，隨著這些重點公司的投入，如果硅基氮化鎵迎來產品應用的機會，一些公司也愿意采用，這可能會成為硅基氮化鎵打入5G手機PA的契機。

圖源：Yole De?veloppement

但在SiC基GaN領域研究超過十年的SweGaN可不這么認為。

瑞典半導體材料公司SweGaN的首席技術官兼聯合創始人陳志泰博士在接受eeNews采訪時表示，硅基GaN 越來越受到IC設計者的青睞，但當前的技術仍然存在很多問題，最大的問題在于可靠性。

據了解，Si與GaN在晶格參數和熱膨脹系數上分別有17%與46%的極大差異，以致硅基上生長出的GaN單晶往往會出現龜裂等缺陷，良品率較低。在相同條件下，SiC 的器件的可靠性和使用壽命均勝過Si。

據陳志泰稱，在硅襯底上，GaN必須生長 5μm 厚度才能達到良好的質量，但GaN-On-SiC只需長到 2μm厚 。而隨著 SiC 襯底尺寸不斷擴大，將可以生長出缺陷更少、質量更好的GaN外延片。

此外，SiC具有高電阻特性，這對毫米波傳輸十分有益，在設計帶有高頻MMIC時是必需的。針對這一點，邱柏順也指出，一些公司未來可以投入新的技術，特別是通過從前段工藝到后段工藝的整體配合，把材料的潛能開發出來，這會是整個供應鏈的新的商機。

站在風口

無論是5G基站還是雷達、衛星等國防領域，甚至智能手機的發展，中國的速度舉世矚目。在一系列第三代半導體產業政策背后，國內的GaN-On-SiC產業從襯底，到外延，再到整個垂直工藝端，正不斷涌進新的參與者。“整體來說目前的布局還是比較完整的，”邱柏順說。

市場機遇撲面而來，站在風口的“國產三代半”們，準備好了嗎？（思坦）

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