作為第二代半導體的“扛把子”，砷化鎵（GaAs）具有高頻率、高電子遷移率、高輸出功率、高線性以及低噪聲等特點，在光電和射頻領域有著非常廣泛的應用。

砷化鎵是直接帶隙材料，導帶底和價帶頂在K空間（K空間即傅里葉變化的頻率空間）同一位置，電子吸收能量后可以直接躍遷進入激發態，無需聲子參與；也可以直接從導帶下落到價帶，因此載流子壽命很短，電子和空穴直接復合可以發光。

所以砷化鎵可以用來制作LED（發光二極管），主要是黃光、紅光和紅外光。氮化鎵禁帶更寬，主要用來發藍光、綠光和紫外光。

砷化鎵是發光材料，加上泵浦源和諧振腔，即可選頻制成激光器。650nm-1300nm波長的低功率激光器都可以用砷化鎵材料設計，典型代表是VCSEL（垂直腔表面發射激光器），廣泛應用在短距離數據中心光纖通信，TOF人臉識別等。

GaAs 的電子遷移率是硅的五倍，HBT的Ft高達45GHz，0.25um E mode pHEMT的Ft更是高達70GHz，因此GaAs非常適合設計Sub-7GHz的射頻器件。蜂窩和WLAN PA常用GaAs HBT設計；開關、LNA等則采用pHEMT工藝。

除了LED、VCSEL、RF Device之外，GaAs憑借其優異性能在光電探測、調制驅動、衛星電視等領域也有大量應用，但主要還是靠“三巨頭“出貨。

GaAs一年出貨約260萬片（折合6寸），LED約占四成，RF Device約占三成， VCSEL約占8%。從單片價格來看，則是VCSEL>RF Device>LED，因此從銷售額角度統計可能會是另一種結論。

不同的產品需要用不同的外延片加工。整個砷化鎵產業鏈可以細分為襯底、外延、晶圓代工、芯片設計四個環節。至于封測，LGA/QFN都可以做，和硅基產品沒明顯區別。

襯底（Substrate）是產業鏈的源頭，襯底廠采購金屬鎵和高純砷后，采用 LEC 法（液封直拉法，Freiberger采用）、 HB 法（水平布里奇曼法）、 VB 法（垂直布里奇曼法，Sumitomo采用）或 VGF 法（垂直梯度凝固法，AXT和Freiberger采用）等，生長出砷化鎵晶體，切片研磨拋光后賣給外延廠。主流的砷化鎵襯底廠主要有德國費里伯格（Freiberger）、日本住友電氣（Sumitomo）、北京通美（AXT）、英國IQE、日本同和（Dowa）、云南鍺業等。臺灣企業一般翻譯為基板。

外延廠（Epi）采購襯底后，采用MOCVD法（金屬有機化學氣相沉積，主流方案）或MBE法（分子束外延）在襯底上一層一層地長出摻雜和厚度都不同的薄膜，故而臺灣企業翻譯為磊晶（磊晶圓薄膜），非常直觀形象。大陸企業翻譯為“外延”，更注重“意”和“神”，頗有嚴復先生“信達雅”的遺風。主流的外延片廠主要有英國IQE、臺灣全新光電、日本住友化學、臺灣英特磊等。臺灣聯亞光電專注光電領域。

晶圓代工廠（Fab）與芯片廠和終端廠關系較緊密，也更為人所熟知。晶圓廠采購外延片后，按照芯片廠的設計進行光刻，加工出所需要的電路。根據所用襯底和工序的不同，迭代出不同的工藝。穩懋占據砷化鎵代工公開市場的七成以上份額，優異的可靠性和一致性獲得幾乎所有芯片廠和終端廠的認可，三座fab均通過IATF16949車規認證。宏捷科的工藝來自美企射頻大廠Skyworks，除了給Skyworks代工之外，也接受其他芯片設計廠的訂單。環宇通訊運營在美國，4寸線成本較高，運營吃力，目前主要以技術授權形式參與產業鏈。三安的技術授權就來自GCS，早年更是準備收購GCS，被美國外國投資委員會否掉后轉而合資成立公司，現已獨立代工砷化鎵，在LED領域份額很高。承芯的技術授權也來自GCS，當前以VCSEL為主。聯穎來自聯電的Fab 6，除了GaAs之外還代工CMOS/BCD/SAW等另類工藝。福聯的技術授權來自聯穎，雖成立較晚，但HBT和0.25um E/D Mode pHEMT工藝均已成熟。立昂東芯自主研發了GaAs工藝，已獲得不少芯片廠的訂單，正在積極擴產。海威華芯技術來自中電29所，專注于pHEMT工藝，HBT工藝份額較少。

產業鏈接總結如下。

GaAs主要有HBT和pHEMT兩種技術。HBT是縱向器件，對光刻精度要求不高，一般為1-3um，將發射極改用InGaP材料可以形成異質結，從而使發射區輕摻雜，基區重摻雜，提高載流子注入效率，減小基極電阻，發射結電容，提高震蕩頻率，增加厄利電壓。pHEMT是橫向器件，器件性能受柵寬制約，需要更高的光刻精度，一般為0.5-0.15um，因為成本較高，所以在PA的應用不如HBT多，主要用在LNA和開關上。

（能堅持看到這里的讀者絕對是對技術、對產業都有濃厚的興趣，能靜下心來研究，接下來才是本文最有價值的內容。）

因為pHEMT工藝吃光刻，成本較高，因此在射頻領域HBT是絕對的王者。射頻PA基本都采用InGaP/GaAs HBT工藝加工，16層光刻，有濕法刻蝕和干法刻蝕之分。

頭部的三家芯片廠都是IDM模式。Skyworks在美國有兩座6寸廠，并會在穩懋和宏捷科代工。Qorvo有多座4/6/8寸晶圓廠，產能充足，自給自足。Broadcom有兩座6寸廠，仍會找穩懋代工。

高通是fabless模式，RF360設計的MMMBPA和LPAMiD/LPAMiF基本都在穩懋生產。村田的LPAMiD除了穩懋代工之外，也會和Skyworks合作。海思在制裁之前陪著三安打磨工藝。唯捷創芯以PA業務為主，MMMB PA、TXM、LPAMiF、Wi-Fi FEM主要在穩懋生產，為了擴產和降本也會去宏捷科。飛驤和穩懋有過一段不愉快的往事，MMMB PA、TXM、LPAMiF、Wi-Fi FEM現在主要在三安生產，在宏捷科和聯穎也有擴產。昂瑞微的Phase 5NMMMB PA可謂一絕，另有MMMB PA、TXM、LPAMiF產品，主要在穩懋、聯穎和立昂生產。慧智微以UHB LPAMiF一戰成名，MMMB PA和TXM等主要在穩懋代工，與三安也開始合作。銳石后發先至，MMMB PA、TXM、LPAMiF、Wi-Fi FEM布局較快，主要在穩懋、三安和宏捷科代工。卓勝以接收模組和分立器件切入，Wi-FiFEM和LPAMiF進展神速，主要在福聯和聯穎生產。

在需求側，以國內手機、物聯網模塊和網通路由等產品為基礎，die size按照主流型號均值估算，射頻芯片國內月需求約25,000片6寸等效GaAs HBT晶圓?？紤]海外蘋果和三星支持頻段更多，GaAs需求量更大，預估海外需求約15,000片。Wi-Fi FEM可以采用SiGe設計，性能和功耗都很好，對GaAs需求影響不大。因此全球GaAs HBT總需求約40,000片6寸等效晶圓。

這里需要更正公眾的一個認知，射頻不是一個頻段（Band）用一顆PA，而是一段頻段用一顆PA，常規做法是0.6-1GHz一顆，1.8-2.2GHz一顆，2.3-2.7GHz一顆，即通常說的低頻（LB），中頻（MB），高頻（HB）。至于新增的n77/78，因為是一段頻段，覆蓋3.3-4.2GHz，也是一顆PA，n79單獨一顆。而Wi-Fi則分為2.4G和5G，分別用一顆。根據設備支持的MIMO（多入多出）數量，會適當增加PA顆數。當然，在終端看到的時候，sub-3G的經常會集成在一起變成一顆大PA芯片，sub-6g會集成在一起變成一顆大PA芯片。

在供給側，公開代工廠GaAs總產能約14萬六寸片，GaAs HBT約46,000片足夠滿足全球需求。

另外Skyworks、Qorvo、Broadcom自有工廠也可以生產GaAs HBT，公開代工廠都在大力擴廠，未來GaAs HBT很可能出現產能過剩，雖然mini LED和VCSEL需求增長迅速，但體量短期仍無法和射頻PA相比。

審核編輯：郭婷