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。