〈分析〉半導體原料分析：砷化鎵、氮化鎵產業雙星

半導體原料共經歷了三個發展階段：第一階段是以矽 (Si)、鍺 (Ge) 為代表的第一代半導體原料；第二階段是以砷化鎵 (GaAs)、磷化銦 (InP) 等化合物為代表；第三階段是以氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC)、硒化鋅 (ZnSe) 等寬頻半導體原料為主。

第三代半導體原料具有較大的頻寬寬度，較高的擊穿電壓 (breakdown voltage)，耐壓與耐高溫性能良好，因此更適用於製造高頻、高溫、大功率的射頻元件。

從第二代半導體原料開始出現化合物，這些化合物憑藉優異性能在半導體領域中取得廣泛應用。

如 GaAs 在高功率傳輸領域具有優異的物理性能優勢，廣泛應用於手機、無線區域網路、光纖通訊、衛星通訊、衛星定位等領域。

GaN 則具有低導通損耗、高電流密度等優勢，可顯著減少電力損耗和散熱負載。可應用於變頻器、穩壓器、變壓器、無線充電等領域。

SiC 因其在高溫、高壓、高頻等條件下的優異性能，在交流 - 直流轉換器等電源轉換裝置中得以大量應用。

明日之星 - GaN

GaN 是未來最具增長潛力的化合物半導體，與 GaAs 和 InP 等高頻工藝相比，GaN 製成元件輸出的功率更大；與 LDMOS 和 SiC 等功率工藝相比，GaN 的頻率特性更好。

大多數 Sub 6GHz 的蜂窩網路都將採用 GaN 元件，因為 LDMOS 無法承受如此高的頻率，而 GaAs 對於高功率應用又非理想之選。

此外，因為較高的頻率會降低每個基地台的覆蓋範圍，所以需要安裝更多的電晶體，進而帶動 GaN 市場規模將迅速擴大。

GaN 元件產值目前占整個市場 20% 左右，Yole 預估到 2025 年比重將提升至 50% 以上。

GaN HEMT 已經成為未來大型基地台功率放大器的候選技術。目前預估全球每年新建約 150 萬座基地台，未來 5G 網路還將補充覆蓋區域更小、分佈更加密集的微型基地台，這將刺激 GaN 元件的需求。

此外，國防市場在過去幾十年裡一直是 GaN 開發的主要驅動力，目前已用於新一代空中和地面雷達。

而在 GaN 射頻元件領域中，龍頭廠包括日本住友電工、美國科銳和 Qorvo、韓國 RFHIC 等。GaN 代工廠則有穩懋 (3105.TW)、三安光電等。

手機中基石 - GaAs

GaAs 作為最成熟的化合物半導體之一，是智慧手機零組件中，功率放大器 (PA) 的基石。

根據 Strategy Analytics 數據顯示， 2018 年全球 GaAs 元件市場（含 IDM 廠元件產值）總產值約為 88.7 億美元，創歷史新高，且市場集中度高，前四大廠商比重達 73.4%，分別為 Skyworks(32.3%)、Qorvo(26%)、Broadcom(9.1%)、穩懋 (6%)。

至於 GaAs 晶圓代工市場方面，2018 年規模為 7.5 億美元，其中穩懋市占率高達 71.1%，為全球第一大 GaAs 晶圓代工廠。

由於 GaAs 具有載波聚合和多輸入多輸出技術所需的高功率和高線性度，GaAs 仍將是 6 GHz 以下頻段的主流技術。除此之外，GaAs 在汽車電子、軍事領域方面也有一定的應用。

總結上述這些 III-V 族化合物半導體元件具有優異的高頻特性，長期以來被視為太空科技中無線領域應用首選。

隨著商業上寬頻無線通訊及光通訊的爆炸性需求，化合物半導體製程技術更廣泛的被應用在高頻、高功率、低雜訊的無線產品及光電元件中。同時也從掌上型無線通訊，擴散至物聯網趨勢下的 5G 基礎建設和光通訊的技術開發領域。