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随着5G应用需求逐步升温,半导体厂商也正积极布局化合物半导体氮化镓(GaN)元件,挟着硅制程固有的规模经济优势,抢进氮化镓应用领域。在中国台湾方面,包括晶圆代工龙头台积电、汉磊投控旗下晶圆代工厂汉磊科、硅晶圆大厂环球晶 ,都已小量生产中,效益可望从明年起陆续显现。


5G、电动车应用推升高频率、高功率元件需求,而第三代宽频化合物半导体材料氮化镓,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,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。

由于氮化镓适用于高频环境,在5G 进展至毫米波频段之下,氮化镓可提供高频射频元件技术上更好的选择,业界看好,氮化镓元件将逐步取代横向扩散金氧半导体(LDMOS),成为5G 基地台主流技术。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制程,成为市场主流。

现行的氮化镓功率元件,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,且GaN-on-Si 可利用硅制程固有的规模经济优势,也成为目前台厂着眼的目标。

台积电目前已小量提供6 吋GaN-on-Si 晶圆代工服务,650 伏特和100 伏特氮化镓积体电路技术平台,预计今年开发完成。今年2 月也宣布结盟意法半导体,意法将采用台积电的氮化镓制程技术,生产氮化镓产品,加速先进功率氮化镓解决方案开发与上市,携手抢攻电动车市场商机。

台积电总裁魏哲家也说,氮化镓制程技术目前进展不错,符合客户要求,但目前还是小量生产,预计未来将广泛、且大量被使用。

除台积电外,晶圆代工厂世界先进在氮化镓材料上已投资研发4年多,与设备材料厂Kyma、及转投资氮化镓硅基板厂Qromis携手合作,着眼开发可做到8吋的新基底高功率氮化镓技术GaN-on-QST,今年底前将送样客户做产品验证,初期主要瞄准电源相关应用。

硅晶圆大厂环球晶近来也积极布局半导体新材料,氮化镓材料已小量生产,今年将加大投资力道,应客户需求扩产,双方正在商谈合作细节。

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;同属汉磊投控集团的晶圆代工厂汉磊科,已量产6吋GaN on Si晶圆代工,瞄准车用需求,相关元件第3季可望小量出货,效益预期将从明年起发酵。

在国内方面,除了有英诺赛科这些做IDM的氮化镓厂商外,还有做晶圆代工的海威华芯新以及三安光电这些做晶圆代工的企业。一场新的竞争正在蓄势待发。

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