第三代半導體有高功率密度，可大幅縮小產品體積，在高頻、高溫與高電壓的環境下，仍有極佳效能，特別適用於在 5G、綠能與電動車等新興市場，遂成為科技產業發展焦點。
根據市調機構 TrendForce 調查顯示，2021 年隨著各國於 5G 通訊、消費性電子、工業能源轉換及新能源車等需求拉升，驅使如基地台、能源轉換器（Converter）及充電樁等應用需求大增，使得第三代半導體如氮化鎵（GaN）及碳化矽（SiC）元件及模組需求強勁。其中以 GaN 功率元件成長幅度最高，預估今年營收將達 8,300 萬美元，年增率高達 73%。
▲ 伴隨 5G、新能源車等新興應用，GaN 需求強勁。（Source：英飛凌）
TrendForce 表示，GaN 主要應用大宗在於消費性產品，至 2025 年市場規模將達 8.5 億美元，年複合成長率高達 78%。前三大應用占比分別為消費性電子 60%、新能源汽車 20%、通訊及資料中心 15%。截至目前已有 10 家手機 OEM 廠商陸續推出 18 款以上搭載快充的手機，且筆電廠商也有意跟進。
如此龐大的商機，使得全球半導體業者趨之若鶩；雖說歐、美、日等地發展較早且製程較成熟，但台灣本身具備長期矽（Si）開發經驗，並擁有完整上、下游供應鏈，在第三代半導體競爭上具獨特優勢。因此，台灣化合物半導體業者也「動作頻頻」；其中，從晶元光電（晶電）分割獨立而成的晶成半導體，憑藉過往在 LED、III-V 族半導體累積而來的技術、經驗，更是積極搶占第三代半導體市場。
倚重厚實基礎，晶成鎖定光電、微電子應用
「晶成由晶電研發部門分割出來，而 LED 本身就與 III-V 族半導體息息相關，像是 GaN、砷化鎵（GaAs）等，所以晶成在這領域已經著墨很久。」晶成半導體董事長施韋接受《科技新報》專訪時表示。
施韋透露，晶成於 2018 年成立，有兩大發展方向。第一是光電元件，尤其是垂直共振腔面射型雷射（VCSEL）；VCSEL 目前已導入許多消費性產品當中，做為感測之用，像是無線藍牙耳機，螢幕下指紋偵測，又或是大家熟悉的 iPhone 人臉辨識等。而除了感測之外，VCSEL 也用於光通訊，這方面晶成也有布局，例如 25G 光纖通訊等。另外，在光電領域中，晶成另一個發展重點便是目前十分熱門的 Micro LED。
第二個著重的領域則是微電子應用。施韋解釋，微電子應用又可分為三種，第一就是與化合物半導體相關，也就是 GaN，用於手機快充頭、NB 電源轉換，或是一般家電等消費性產品，這是 GaN 十分重要的市場。第二是功率放大器（PA），功率放大器對於 5G 而言是不可或缺的關鍵元件，而為實現更好的功率轉換，晶成也聚焦在 GaN 功率放大器上。最後一項微電子應用，則是濾波器。
劍指第三代半導體商機，晶成鎖定消費性 GaN 市場
從上述晶成主要發展業務來看，會發現晶成雖積極搶攻第三代半導體，但卻以 GaN 為主，在 SiC 未有太多布局。對此，施韋解釋，晶成之所以會選擇 GaN，最大原因和原有的技術背景、經驗相關。眾所皆知，晶成從晶電分割而來，在磊晶部分原先就十分熟悉 AlGaAs、AlGaInP、GaP、InP、AlInP、GaN、InGaP、InGaN 等材料。所以，晶成希望先以原本的基礎，在GaN市場站穩腳步後，再往其他方向發展。
「未來當然不排除投入 SiC，畢竟這些材料對晶成而言都不算太難，晶成也有許多人才是這領域出身；只是目前而言，先從熟悉的 GaN 領域開始發展。」施韋補充。
然而，GaN 應用領域甚廣，小至消費性產品，大至高功率應用（600V-1,000V），如工業、電動車等，都可說是 GaN 的「守備範圍」；而晶成的策略便是「以消費性市場優先、穩紮穩打」。
▲ 晶成在 GaN 布局上，先由消費性電子產品開始。（Source：科技新報）
施韋表示，GaN 和 SiC 特性上有一定的重疊性，GaN 也適合高功率應用，不過 1,000V 以上還是以 SiC 比較合適。所以國際大廠如英飛凌（Infineon）、意法半導體（ST）、羅姆（Rohm）等爭相投入，想方設法將 SiC 加速導入電動車、電動車快充站等高壓轉換應用中。
施韋進一步說明，當然，GaN 做到 700V、800V 以上也不是問題，只不過如同前面所說，高功率市場已有許多國際大廠進駐，不是那麼容易打進；同時，高功率市場的技術門檻高，對產品可靠度驗證要求也十分嚴格，必須投入相當大的資源。
所以，施韋認為，在國際大廠把持下，加上要投入太多資源，對於晶成而言，現階段搶進高功率市場不是「太划算」。也因此，晶成鎖定消費性市場，因為對消費性電子產品而言，GaN 也是關鍵功率元件，不僅充電效率高，體積小的特點也有助於縮小產品尺寸。
▲ GaN 可提升消費性產品充電速度。（Source：pixabay）
施韋強調，晶成主要兩大發展方向，就是光電和微電子產品。光電元件有從晶電累積而來的經驗（特別是長磊晶），再結合晶成晶圓代工技術，得以實現較佳到生產效率。而在微電子方面，晶成則是與環宇 KY 有深入的策略聯盟，進一步強化第三代半導體生產技術，客戶基礎等。
至於有國外廠商在第三代半導體上已走向 8 寸晶圓，是否會影響台灣業者？對此，施韋認為，確實有此情況，但實際上這些 8 寸晶圓量產良率還是未知數。所以對於晶成而言，首要任務是先將 6 寸晶圓做穩、做好，不宜太冒進；當然，晶成一定也會投入 8 寸晶圓研究，不過未來幾年主流應還是 6 寸晶圓。
「總之，對晶成而言，目前第三代半導體布局，就是不要跳入國際大廠已占據的市場，以開發消費性應用為主；等站穩腳步後，再進一步延伸發展。」施韋說。
（本文由 科技新報 授權轉載）
