砷化镓市场评估

(一) 砷化鎵元件製造概況：

1. 砷化鎵元件的特性

GaAs化合物所製做之半導體元件，由於其電子遷移速度為矽元素的五倍，且具有功率高、耗電量小及不失真的特性，因此在高頻元件的製造上，遠比矽元素合適，故近來高頻無線( IC )元件的生產，多採用砷化鎵的技術模式。

砷化鎵與矽的元件特性比較

大便冲洗阀

項目	GaAs砷化鎵	Si矽
最大頻率	2GHz – 300 GHz	1GHz 以下
最高操作溫度	120℃	120℃
高頻應用	較少雜訊干擾	雜訊高
功率消耗	低	高
元件大小	小	大

2. 砷化鎵技術元件主要有3種製程技術

為求在高頻區域應用時提高運作效率，砷化鎵技術的發展由早期的 MESFET(Metal Semiconductor FET金屬半導體場效電晶體），逐漸移轉至HEMT(High Electorn Mobility Transistorz高電子移動率電晶體/Pseudomorphic HEMT分化銦鎵應變式高電子移動率電晶體)，及HBT(Heterojunction Bipolar Transistor 異質接面雙載子電晶體)。其中HBT為Bipolar架構，其三極( 即射極、基極及集極 )係以垂直分式排列；相對上， MESFET及HEMT/pHEMT則採類似CMOS架構（省電，集積度大，成本低，適合基頻數位處理部份）的水平方式排列。由於bipolar結構僅需單一電壓來源即可，因此Die size較小，對於線寬的要求較低，目前HBT的製程以2um為主流，相對上pHEMT則要求線寬縮小到約0.15um。以下則為該三種技術的比較分析：

項目	HBT	HEMT、pHEMT	MESFET
材料成本 (4吋磊晶圓成本)	下降中 US$ 600-700元	高 US$ 750元	穩定 US$ 200元
光罩數目	14道	10-11道	10-12道
晶粒平均製造成本	US$ 0.33元	US$ 0.65元	US$ 0.76元
元件尺寸(平方公釐)	1	1.97	3.03
單位原件成本(USD)	$0.33	$0.65	$0.76
良率	高	中	中
頻率範圍	＜18GHz	＜100GHz	＜18GHz
市場	成長	成長	穩定
元件大小	小	中	大
產品應用	功率大、線性、混合訊號產品	低雜訊、高頻產品	一般或低階產品、市場成熟
1995-2000年(f) 市佔率	6% →25%	16% →35%	54% →31%

資料來源：WIN Semiconductor Corp., June, 2000

(二)砷化鎵產業概述

1. 產業上下游關聯圖

2. 上游：砷化鎵磊晶為關鍵材料

目前4吋砷化鎵磊晶每片約600-800美元（8吋矽材料約200美元），單價偏高，惟隨今年國際大廠紛紛擴產、國內廠商相繼投入，估計對晶圓代工廠而言材料成本可望降低。生產HBT元件的MOCVD砷化鎵磊晶，已有包括全球第一大廠美國Kopin等可量產；而生產pHE

MT元件的MBE砷化鎵磊晶，則有全球第一大廠法國Picogiga，Picogiga並計劃於2001年量產6吋MBE砷化鎵磊晶。

HBT製程需用MOCVD成長之磊晶、pHEMT製程需用MBE成長之磊晶：高頻通訊元件所需之磊晶成長方式主要是有機金屬化學汽相沈積（MOCVD）及分子束磊晶法（MBE），需要低背景參雜、陡峭異質接面與薄層成長件；高頻IC設計達1.9GHz以上，必須使用化合物半導體材料，達10GHz以上則必須使用MBE製程。

目前全球第一大MOCVD砷化鎵磊晶片廠為美國Kopin，第一大MBE砷化鎵磊晶片廠則為法國Picogiga。6吋MOCVD已有量產，6吋MBE尚未量產：MOCVD磊晶供給廠包括Kopin、Emcore、Hitachi Cable、Epitronics及國內博達、全新等。MBE磊晶供給廠則包括法國Picogiga、美國QED(IQE)、日本Hitachi Cable、Sumitomo、Emcore及國內廠商博達等。

3. 下游：GaAs微波元件技術之商業運用

砷化鎵早期主要用於國防軍事系統，隨著軍事頻道的解除與無線通訊產業的快速成長，過去主要用於軍事及太空用途的高頻微波通訊元件，也逐漸轉為商業及民生用途，特別是微

波無線通訊及衛星通訊，微波元件商機因此蘊育而生，包括行動電話、寬頻數位、家庭用無線電話(Cordless Phone)、大型無線通訊區域網路、城市型區域行動電話以及工業用無線電網路等發射/接收器。整體而言，因GaAs輸出功率高、耗電量小且不易失真，特別是在高速傳輸下，功能明顯優於矽元件主要應用市場為無線通訊系統之射頻，包括手機之功率放大器及LMDS、衛星通訊等高頻產品。

市場	頻率範圍	元件技術
個人通訊服務	900 MHz (cellular) 1.8-2.2 GHz (PCS) 2.2-2.4 GHz（3G wireless）	HBT、MESFET、pHEMT
有線電視	50-1000 MHz	MESFET
GPS	1.6GHz	HEMT、MESFET
衛星電視	11 – 13 GHz	HEMT/pHEMT、MESFET
Wireless LAN	900MHz 2.4、5.8、60GHz	HBT、MESFET、pHEMT
光纖Nodes	DC->2.5GHz DC->10GHz	HEMT、MESFET
Point-to-point Radio	6、8、11、15、18、23、笛卡尔我思故我在38、60 GHz	数字增长背后的高质量发展密码MESFET、HFET、pHEMT
VSAT (小型衛星地面站)	6、14、28GHz	MESFET、pHEMT
衛星行動電話	1.6、2.5 GHz（subscriber） 20、23、29 GHz（up/down/crosslink）	MESFET、pHEMT
寬頻衛星服務	28GHz	HEMT
LMDS、MVDS	28、31 GHz	HEMT
汽車雷達控制系統	76-77GHz	HEMT
電子收費系統	5.8GHz	MESFET、pHEMT

(三) 市場及廠商概況

砷化鎵領域發展過去受限於國防工業，具人才稀有性，擴廠不易，因此較矽晶圓代工製程落後。再者，由於砷化鎵製程穩定度控制不易，技術障礙極高，良率的高低為該行業目前決勝要點。

針對國內晶圓代工的潛在客戶分析，約可分為三類(1)IDM大廠，如RFMD、Motorola及Conexant (2)IC設計公司(3)系統廠商:例如Nokia及Ericsson等。IDM大廠認證作業時間長，通常初次測試加上reliability測驗約需8個月以上，但是單價高且訂單穩定性佳; 至於design house方面，由於砷化鎵技術人才不多，加上之前沒有foundry廠的支援，向同是具有設計能力的IDM廠競爭者要代工支援頗有技術外洩及競爭利益衝突的問題存在，相信隨著砷化鎵產業分工模式的逐漸成形及通訊應用產品需求的增加，從design house來的訂單將會逐漸增加。至於Nokia等系統由於掌握未來RF的設計，一旦日後GaAsHBT的代工及下游封測漸趨成熟，未來很有可能直接下單給foundry廠商，這將是代工廠的重要商機，不過未來2-3年內來自系統的商機還不大，主要的客戶來源還是以Conexant、RFMD、Motorola、Sony及Hitachi等IDM訂單為主。

砷化鎵 IC多屬IDM廠in-house製造，1997年起，許多IDM廠的員工紛紛脫離原公司，自行創立砷化鎵晶圓代工廠，IDM廠也逐漸將訂單釋出。IDM大廠包括Motorola、富士通、東芝與西門子等，均有廠房生產通訊元件但多為3、4吋之舊廠。1997年後，來自IDM廠如：Conexant/Rockwell、HP等之華人陸續成立專業砷化鎵晶圓代工廠，包括美國NDI（今年為民以何食为天IDM廠Alpha Industry購併）、GCS及台灣宏捷、穩懋。

比較	Network Device Inc.（NDI）	美國的全球通訊半導體（GCS）	宏捷	穩懋
說明	為全球第一家設立的砷化鎵專業代工業者	主要股東為央投等國內創投或銀行	是國內第一家、也是全球第三家有能力量產行動電話砷化鎵GaAsHBT晶片廠	穩懋半導體為全球第一家6吋砷化鎵專業代工業者
主要團隊	HP	Rockwell	Conextant（Rockwell）	TRW
資本額	-	約新台幣14.4億	新台幣8億元	新台幣21.5億元
廠房規畫	4吋廠（Sunnyvale）	4吋廠（L.A.）	4吋廠（南科）	6吋（林口）
產能	24,000片/年	26,000片/年	30,000片/年	15,000片/年
Valuation (USD)	106.2m(2000/04)	2001/04 Pre-money 123m Post-money 193m	25 m(1999/04)	2000/12 Pre-money 155m Post-money 185m
GaAs-HBT	尚待製程驗證	代工已通過Celeritek、Conexant、Clarisay、E20的認證。 Epi已通過Celeritek、E20及Filtronic的認證。	88年4月建廠完成，於89年2月13日成功產出第1片之砷化鎵HBT晶片，但迄今仍未通過Conexant之製程驗證	於89年9月開始試產，預計90年第三季量產。具有2.0微米砷化鎵HBT晶片技術。
GaAs-pHEMT	提供0.5微米之2GHz產品製程	提供0.3/0.5微米製程，已有2GHz及35GHz功率及低雜訊PA之製程	N/A	提供0.25微米砷化鎵pHEMT晶片(核心技術)
員工	約60人	約115人	約100人以上	約208人
主要客戶	Alpha Industries	Anadigics、Celeritek	Conexant( 認證中 )	Motorola (認證中)
備註	2000/04被Alpha Industries以106.2m併購。

資料來源：投資部、Deutsche Bank Equity Research

(四)產業供需概況

1.供給面

在2000年以前，全球約有50GaAs生產線，且多為3英吋、4英吋 MESFET舊技術之生產線；其中具pHEMT技術之廠商多不具生產高頻Ka-Band產品之能力，而目前手機射頻元件主流GaAs-HBT的生產幾乎集中於TRW、RFMD、Conexant等大廠，根據統計在1999年底時全球GaAs的產量應不超過20萬片.

公司名稱	元件技術			生產線規畫（製程 / 年產能）			業務來源
.	MESFET	pHEMT/ HEMT	HBT	3吋廠	4吋廠	6吋廠	IDM	代工
Alpha Industries Inc					≧0.25，2500片
Anadigics						0.5-.25目前1000/月
Celeritek Inc.					0.8道州论坛，45600片
Fujitsu Ltd.					0.15-.25，8000片
GEC Marconi Materials
HP（Agilent）				8000片
中国武术职业联赛 Hitachi Ltd.
Hughes
Filtronics（Litton）				0.25，3600片		興建中
M/A-COM					0.18，4000片
Matsushita Electric
Mitsubishi Electric Corp
Motorola					0.7-.35，30000片
Philips Microwave Limeil
Raytheon Microelectronics					0.15， 7500片
RFMD			(可量產)			興建中
Rockwell / Conexant			(可量產)		0.5，24000片
Samsung Microwave

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