〈觀察〉第三代半導體材料崛起 放量生產關鍵在上游材料端

隨著第三代半導體材料成為各半導體廠逐鹿之地，產業鏈的整合將加速產品開發進程，不過，目前氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC) 等化合物半導體產品量產最大困難，除成本高昂外，氮化鎵晶圓、碳化矽晶圓等上游材料製程難度高、使供應量不足，也是挑戰。

半導體材料歷經 3 個發展階段，第一代是矽 (Si) 等基礎功能材料；第二代進入由 2 種以上元素組成的化合物半導體材料，以砷化鎵 (GaAs)、磷化銦 (InP) 等為代表；第三代則是氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC) 等寬頻化合物半導體材料。

從台廠材料端來看，環球晶 (6488-TW) 已有 6 吋 GaN on Si(矽基氮化鎵) 量產能力，GaN on SiC(碳化矽基氮化鎵) 由於製程難度較高，目前只做到 4 吋，SiC(碳化矽) 產能則在取得認證中。而漢磊投控 (3707-TW) 旗下磊晶矽晶圓廠嘉晶 (3016-TW) 則具備 4 吋、6 吋碳化矽磊晶，及 6 吋氮化鎵磊晶量產能力。

而除成本高昂外，由於材料端的基板、磊晶難度仍高，使相關化合物半導體材料未能放量生產，市場上供應量仍不足。GaN on Si 製程是要將氮化鎵磊晶長在矽晶圓基板上，但兩者晶格不匹配，製程中容易產生翹曲，基板矽晶圓也需要特別製造。

碳化矽則受限於製造碳化矽晶圓的原料，大多需從國外進口，但越來越多國家視碳化矽材料為戰略性資源，採取出口管制，對台廠原料取得上造成很大壓力；另一方面，碳化矽長晶時間長、製程難度高，也是量產的困難之一。

氮化鎵應用包括 5G 基地台與手機、電源、電動車等三大領域，環球晶看好，近 2、3 年會是氮化鎵相關材料逐步放量的轉捩點。晶圓代工龍頭台積電 (2330-TW) 總裁魏哲家也看好氮化鎵應用前景，預期未來將會廣泛、且大量被使用。

而碳化矽相較於氮化鎵，更耐高溫、耐高壓，較適合應用於嚴苛的環境，應用包括不斷電系統、智慧電網、電源供應器等高功率應用領域。近來隨著電動車與混合動力車發展，碳化矽材料快速在新能源車領域崛起，特斯拉 (Tesla) 已在旗下 Model 3 電動車的逆變器中，率先採用 SiC MOSFET 元件，也讓 SiC MOSFET 在電動車領域掀起討論。