第三代半導體材料的氮化鎵（GaN）在藍、綠光LED及雷射領域早已獲得廣泛應用，但隨著行動裝置對快速充電、綠能對能源轉換效率、5G對高頻率通訊的需求，GaN跟SiC已成為眾多廠商必爭的技術。

台積電在2020年2月宣布與意法半導體（STMicroelectronics）合作開發GaN製程技術，蘋果（Apple）預計2021年推出採用GaN技術的筆電充電器。而5G追求快速低延遲，無論是Sub-6頻段、mmWave毫米波，都需要大量的微型天線與基地台，GaN元件的小尺寸、高頻率、高功率特性，成為5G通訊普及的必要根基。

氮化鎵GaN應用廣泛，涵蓋消費、綠能、工業、電動車等領域，資料來源：GaN Systems

同為第三代半導體材料，GaN、SiC的差異主要在：

• GaN有更快的頻率：適合消費裝置充電、輕油電、混合動力，5G射頻通訊應用
• SiC有更高的耐電壓能力：適合電動車、超充站、運輸車輛、能源等需要更高電壓的應用

根據意法半導體的資料，SiC與GaN有部分電壓等級和頻率是重疊的。SiC主要針對600V~3.3kV 適用於電動車市場高壓的應用；而GaN則可望在100V～600V的電力電子開闢新的前景。

此外，GaN具備超過1 MHz的高切換頻率（switching frequency），也因此GaN除了在電源充電領域的應用外，在5G無線通訊上有更大的市場機會。

實際應用上，SiC具備較佳的技術成熟度，因此市場正迅速成長，且在xEV市場的應用也日益廣泛。關於SiC的介紹，請參考另一篇關於SiC的介紹文章。

SiC、GaN與Silicon在功率輸出、切換頻率的特性比較

體積小、低發熱、高瓦數的特性讓GaN非常適合使用在消費型電子產品的快充上，而高耐壓的特性讓GaN在汽車、工業、電信等領域能發揮最大競爭優勢。

消費領域

GaN其實已經主宰了行動裝置快速充電的市場，2020年市場上已有超過100種採用GaN技術的手機、筆電充電器，充電速度快並且體積更小。

2019年9月Oppo發表了65W的Super VOOC閃充技術，開啟了GaN HEMT（高電子遷移率電晶體）於手機充電領域的大門。，

大陸媒體小白評測比較2019年旗艦手機充電速度，採用GaN技術的Oppo SupperVOOC 2.0技術，只需要27分鐘即可充滿4000mAh的電池，性能遠遠超過其他廠家。

2019年Oppo採用基於GaN的快充技術與其他手機充電速度對比

未免落於人後，不到兩年時間內，各家安卓手機廠商都已提供GaN技術的快充方案，只有在低於的60W充電應用上，還會使用傳統的Si晶片技術。

各大手機品牌充電器採用技術，資料來源：Navitas Semiconductor, 2021

汽車領域

除了消費電子領域，GaN在汽車領域也有很廣泛的採用機會，例如48V混合動力、DC-DC電壓轉換、車內無線充電、車內資料中心伺服器，甚至於光達的高功率雷射驅動等，都是適合採用GaN的領域。

GaN於汽車領域應用，資料來源：GaN Systems

氮化鎵功率半導體市場 - 成長30倍到3.5億美金

碳化鎵GaN功率半導體應用上由消費電子在2018年展開序幕，預估到2024年將擴展到汽車應用，市場可成長到3.5億美金。低於600V的應用，GaN最有競爭力，超過800V則SiC會是最佳選擇。

長期來看消費電子、汽車、工業為GaN功率半導體的三個主要應用領域。

氮化鎵GaN vs 矽Si的優勢

相較於傳統的Si材料，GaN的特點與優勢有以下幾點：

• 更低的導通電阻：降低了損耗、提高能源轉換效率
• 更快速的電子遷移速率：提高交流電路頻率，減少外部所需元件、體積
• 更高的耐電壓能力：更高瓦數充電，提高充電速度

簡而言之，GaN可以實現更大功率、更高電源效率、更小的裝置體積、更低的系統成本。

在電源供應上，GaN較Si的競爭優勢 - 資料來源：GaN Systems

GaN功率半導體投資機會

目前投入GaN功率半導體的公司眾多，從上游的基板、磊晶、晶圓製造、晶片設計、整合元件製造商等。其中成長性高的晶片設計商除Power Integrations外都還沒上市，目前主要投資機會在上游基板、磊晶跟晶圓代工。

另外IDM整合元件製造商財務能力佳、競爭力強者也可以考慮，唯一就是GaN對其目前營收占比並不高。

GaN功率半導體元件廠商及商業模式

• 上游SiC基板：Cree、II-VI、Rohm；
• 磊晶：Cree、日本DOWA、環球晶圓、漢磊、嘉晶；
• 晶圓代工：台積電（$TSM）、漢磊（Episil）、嘉晶、世界先進（VIS）；
• 晶片設計：GaN Systems（台積電代工）、Navitas（台積電代工）、EPC（漢磊代工）、Transphorm、Power Integrations（$POWI）；
• IDM整合元件製造商：Panasonic、Rohm、On Semiconductor（$ON）、意法半導體（$STM）、德州儀器（$TXN）、英飛凌（$IFNNY/ADR）。