导语：苹果iPhoneX採用3D感测技术后，半导体材料砷化镓因VCSEL等应用而声名大噪，近来随著5G、电动车等新应用兴起，对功率半导体需求增温，新一代材料氮化镓(GaN)挟著高频率等优势，快速攫获市场目光；以中国台湾企业为代表的代工企业继站稳硅晶圆代工、砷化镓晶圆代工龙头地位后，也积极抢进氮化镓领域，力拚再拿代工龙头宝座。
半导体材料迈入第三代
半导体材料历经3个发展阶段，第一代是硅(Si)、锗(Ge)等基础功能材料；第二代开始进入由2种以上元素组成的化合物半导体材料，以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等为代表；第三代则是氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽频化合物半导体材料。
目前全球绝大多数半导体元件，都是以硅作为基础功能材料的硅基半导体，不过，在高电压功率元件应用上，硅基元件因导通电阻过大，往往造成电能大量损耗，且在高频工作环境下，硅元件的切换频率相对较低，性能不如宽频化合物半导体材料。
硅基半导体受限硅材料的物理性质，而氮化镓、碳化硅则因导通电阻远小于硅基材料，导通损失、切换损失降低，可带来更高的能源转换效率。挟著高频、高压等优势，加上导电性、散热性佳，元件体积也较小，适合功率半导体应用，近来在5G、电动车等需求推升下，氮化镓等材料崛起成为半导体材料明日之星。
不过，其实氮化镓材料广为人知，是始于LED领域，1993年时，日本日亚化学的中村修二成功以氮化镓和氮化铟镓(InGaN)，开发出具高亮度的蓝光LED，人类也因此凑齐可发出三原色光的LED。
5G推升氮化镓拥高频等优势而崛起
LED领域发光发热后，近来受惠5G、电动车应用推升，对高频率、高功率元件需求成长，市场对氮化镓的讨论声浪再度高涨。氮化镓主要应用于600至1000伏特的电压区间，具备低导通电阻、高频率等优势，可在高温、高电压环境下运作，但主要优势仍在于高频率元件，在高压与高功率表现上，虽优于硅基材料，但不如碳化硅材料表现亮眼。
从应用面来看，氮化镓应用包括变频器、变压器与无线充电，为国防、雷达、卫星通讯与无线通讯基地站等无线通讯设备的理想功率放大元件。
由于5G技术采用更高的操作频率，业界看好，GaN元件将逐步取代横向扩散金氧半导体(LDMOS)，成为5G基站主流技术；且在手机功率放大器(PA)方面，因GaN材料具备高频优势，未来也可望取代砷化镓製程，成为市场主流。
现行的GaN功率元件，以GaN-on-Si(硅基氮化镓)、GaN-on-SiC(碳化硅基氮化镓)2种晶圆为主，虽然GaN-on-SiC性能相对较佳，但价格大幅高于GaN-on-Si，也使GaN-on-Si仍为目前市场主流，主要应用于电力电子领域，未来可望大幅导入5G基地台的功率放大器(PA)。
看准庞大需求晶圆代工厂积极抢进
看准了氮化镓这个机会，中国厂商正在积极推进。首先从台厂进度来看，磊晶硅晶圆厂嘉晶6吋GaN-on-Si磊晶硅晶圆，已进入国际IDM厂认证阶段，并争取新订单中；而同属汉磊投控集团的晶圆代工厂汉磊科，则已量产6吋GaNonSi晶圆代工，瞄准车用需求；晶圆代工龙头台积电也已提供6吋GaN-on-Si晶圆代工服务。
至于GaN-on-SiC磊晶晶圆，则在散热性能上具优势，适合高温、高频操作环境，主要应用在功率半导体的车用、工业与消费型电子元件领域，少量应用于通讯射频领域。目前GaN-on-SiC晶圆可做到4吋与6吋，未来可望朝8吋推进，惟磊晶技术主要集中在碳化硅晶圆大厂Cree手中，其在SiC晶圆市占率高达6成之多，几乎独霸市场。
不过，在晶圆代工产能方面，三五族半导体晶圆代工厂稳懋已开始提供6吋GaN-on-SiC晶圆代工服务，应用瞄准高功率PA及天线；而环宇-KY也拥有4吋GaN-on-SiC高功率PA产能，且6吋GaN-on-SiC晶圆代工产能已通过认证。
晶圆代工厂世界先进也在GaN材料上投资超过4年时间，持续与设备材料厂Kyma、及转投资GaN硅基板厂Qromis携手合作，著眼开发可做到8吋的新基底高功率氮化镓技术GaN-on-QST，今年可望有小量样品送样，初期主要瞄准电源领域应用。
5G应用推升氮化镓材料需求，而除站稳硅晶圆代工龙头、砷化镓晶圆代工龙头宝座外，台厂在第三代半导体材料上，当然也不能缺席，包括硅晶圆代工厂、三五族半导体晶圆代工厂，均积极佈局氮化镓领域，以迎接5G时代下的半导体材料新革命。
当然在国内方面，也有多家厂商在大力投入，期望尽快看到他们开花结果的那天。
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