最後更新:2026年10月8日半導體材料SiC・GaN・RF 半導體製造中國大陸:氮化镓(GaN)

氮化鎵(GaN)是什麼

Gallium Nitride (GaN)

氮化鎵(GaN)是由鎵與氮構成的III-V族化合物半導體,具備寬能隙(3.4eV)、高崩潰電場(3.3MV/cm)與高電子飽和速度,是功率元件、高頻元件與光元件的重要材料。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

GaN(氮化鎵,Gallium Nitride)是由鎵(Ga)與氮(N)構成的III-V族化合物半導體。具備寬能隙(3.4eV)、高崩潰電場(3.3MV/cm)、高電子飽和速度與高熱穩定性等優異特性,作為功率元件、高頻元件、光元件(藍光與紫光LED、雷射二極體)的材料扮演重要角色。

與矽MOSFET相比,GaN功率元件的切換損耗大幅降低,可在高頻(最高達數MHz)下運作。GaN HEMT與GaN MOS-HEMT在智慧型手機與筆記型電腦的快充變壓器(GaN充電器)、資料中心電源模組(48V架構)、太陽能逆變器(功率調節器)等的採用正快速增加。GaN Systems(已被英飛凌收購)、EPC(Efficient Power Conversion)、VisIC Technologies是主要廠商。

高頻GaN(RF GaN)具有形成於GaN-on-SiC或GaN-on-Si晶圓上的HEMT結構,廣泛用於5G基地台的功率放大器(PA)、雷達與國防電子設備。2DEG(二維電子氣)帶來的高電子遷移率(>2000 cm²/V·s)實現了高頻與高輸出。Wolfspeed(原Cree)、Macom、英飛凌、三菱電機是主要供應廠商。

GaN LED由InGaN(氮化銦鎵)量子井結構發出藍光、綠光與白光,是高亮度LED照明、背光模組與顯示器光源不可或缺的材料。1990年代日亞化學工業(中村修二等人)發明氮化鎵系藍光LED,並獲得諾貝爾物理學獎(2014年),是技術與社會影響力都相當大的發明之一。

GaN製造不可或缺的是MOCVD(有機金屬化學氣相沉積)設備,主要廠商為Veeco Instruments與AIXTRON。GaN-on-Si晶圓正朝大尺寸(200mm)發展,可望降低成本;GaN-on-SiC則在RF用途維持高性能。隨著EV、資料中心與5G市場成長,GaN元件市場預期將持續高度成長。

氮化鎵(GaN)的常見問題

什麼是GaN(氮化鎵)?
能隙約3.4eV的寬能隙半導體。具備高速、高效率、高耐壓的特性,用於快速充電器、功率元件與藍光LED。
GaN與Si有什麼不同?
GaN比Si能在更高頻率、更高效率下運作,電力損耗較小,在小型高效率電源與EV用途的採用持續擴大。
GaN用在哪些地方?
智慧型手機快速充電器、資料中心電源、5G基地台的RF、EV、藍光與白光LED等需要高頻與高效率的領域。

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