三五族半导体“氮化镓（GaN）”可说是现在当红炸子鸡材料，汉磊、稳懋、环宇等台厂纷纷抢进氮化镓领域，台积电更在上月宣布与意法半导体合作切入氮化镓市场，与此同时，声称性能更胜以往的氮化镓充电器也出现在大众眼前，到底它有什么魔力？
氮化镓是氮和镓的化合物，除了是一种直接能隙半导体，同时也是第三代半导体材料之一。与第一代半导体材料硅、锗，和第二代半导体材料砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）相比，列为第三代半导体材料的碳化硅（SiC）、氮化镓具有更好的物理和化学特性，导热性能更好，也具耐高电压、高电流、高频特性。
氮化镓并不是新兴材料，其实 30 年前就出现在发光二极管（LED）研究中，也是 2014 年诺贝尔物理学奖的重点，三位科学家以氮化镓研发出高效又省电的蓝色 LED，成功补上几十年来只有红光、黄光、绿光，缺一角的 LED 拼图，最后使得 LED 白光照明成真。
而氮化镓除了在 LED 领域发扬光大，现在也被认为能代替硅半导体，跨入射频元件、电源转换等电力电子领域，因为氮化镓是种宽能隙半导体（wide-bandgap semiconductors，WBG），氮化镓能隙为 3.2eV，是硅（1.12eV）的 3 倍，能隙越高、就越耐高压，崩溃电压可以达到 600V，还有着高饱和电子迁移速度、高热导率、开关速度快等特点，因此挟带众多优势的氮化镓等宽能隙材料，将来可抵达硅到不了的境界。
且氮化镓的宽能隙特性，使之元件阻性损耗小、效率高，相同电压与电流下，氮化镓元件尺寸可以做得更小。因此氮化镓能符合电动车、消费性电子产品，以及 5G 射频需求，这些也是大厂纷纷跨足氮化镓领域的原因。
其中氮化镓以基板区分的话，分为纯 GaN 以及硅基板氮化镓（GaN-on-Si）、碳化硅基板氮化镓（GaN-on-SiC），集邦科技拓朴产研分析师表示，目前纯 GaN 成本较为昂贵，纯 GaN 2 吋要价 2,500 美元，现阶段仅会应用在高阶 LED 产品或是更高压的产品，现在较常见的是在电力电子领域的 GaN-on-Si 以及 5G 射频应用的 GaN-on-SiC。
台厂也没有缺席
电力电子领域范围广泛，从智能手机的充电器、变频器到大型发电厂设备，如何有效地控制和转换电力相当重要，且 GaN-on-Si 晶体管比硅基金属氧化物半导体场效晶体管（MOSFET）还要小，因此相对处理速度较快，而开关速度快也能提升整体电路的能源效率。
随着氮化镓磊晶技术的进步，氮化镓也逐渐攻入充电器领域，目前中国 OPPO、小米、倍思也纷纷推出氮化镓充电器，多提到可提高输出功率、缩小体积与解决过热问题。同时氮化镓 GaN-on-SiC 也能应用在 5G 、军事雷达、低轨卫星等射频领域，因此高速发展的 5G、智慧化与联网化都能带来新机会。
惟目前 GaN 成本仍然较高，纵使氮化镓晶体管及积体电路的制程跟硅基功率 MOSFET 相似，但 GaN-on-Si 与 GaN-on-SiC 多了一个磊晶步骤、制程条件也稍有不同，以性能来说，虽然 GaN-on-SiC 性能相对较佳，但价格大幅高于 GaN-on-Si，集邦科技拓朴产研分析师表示， 6 吋 GaN-on-SiC 约 1,200-1,300 美元， GaN-on-Si 6 吋则是落在 500 美元，
不过随着制造制程的提升和成本的下降，未来氮化镓有机会在市场占一席之地，集邦科技拓朴产研分析师认为，氮化镓也不会完全取代硅半导体的地位，目前氮化镓适用于 600V 以下应用，若不是高压、高导电与导热需求，传统硅基 MOSFET 已足矣，传统硅基半导体和新兴第三代半导体将能相互补充与共存发展。
目前台厂在第三代半导体也没有缺席，台积电已提供 6 吋 GaN-on-Si 晶圆代工服务，并宣布和意法半导体共同合作氮化镓制程技术的研发；嘉晶 6 吋 GaN-on-Si 磊晶硅晶圆，也已经入国际 IDM 厂认证阶段；汉磊投控集团的晶圆代工厂汉磊科则瞄准车用需求，已量产 6 吋 GaN on Si 晶圆代工。
碳化硅基板部分，虽然磊晶技术主要集中在碳化硅美国晶圆大厂 Cree 与日本 Rohm 手中，持市场领先，但这也是台湾代工新领域，台厂稳懋提供 6 吋 GaN-on-SiC 晶圆代工服务，而环宇也拥有 4 吋 GaN-on-SiC 产能，且 6 吋 GaN-on-SiC 晶圆代工产能已通过认证。
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- The Time for Disruption is Now − GaN Makes a Frontal Attack on Silicon Power MOSFETs
（首图来源：shutterstock）
