化合物半導體成為近年顯學，不僅國際電子、零組件大廠爭相投入，先進國家也視為國家發展戰略。其關鍵原因是化合物半導體發展至第三代材料，包含氮化鎵（GaN）、 碳化矽（SiC）等具備優異特性，儘管市場規模目前占整體半導體比重不到10%，但在電動車、5G、再生能源新興應用有高度可用性，未來十年成長力道強勁。
半導體材料經歷長時間技術演化，工研院南分院技術長陳科宏指出，目前材料光譜可歸納出三個類型。第一類材料以鍺（Ge）、矽（Si）為主要應用，擁有低頻、低功率、低電壓特性，目前具備製程成熟度高、成本低優勢；第二類材料為砷化鎵（GaAs）、 磷化銦（InP）為大宗，多應用於光通訊、3D感測器與光達應用。
第三類化合物半導體材料氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）具備高頻、高功率、耐高溫、耐高電壓等優勢，可廣泛應用在電力系統、輪內馬達、航太、基地台等終端應用，例如GaN on SiC使用在4~6吋晶圓，性能表現優於LDMOS（橫向擴散金屬氧化物半導體），有助5G基地台及毫米波小基站的效能優化。
工研院產科國際所報告顯示，估計全球化合物半導體市場價值到2025年將達1,780億美元，2019年至2025年的複合年成長率（CARG）約12.1%。其中SiC、GaN下一波切入市場的亮點將在通訊應用及電力電子應用。
像低軌道衛星有覆蓋度達100%、軌道周期只需2小時等優勢，未來低軌衛星將有大量部署缺口，會持續帶動通訊元件需求上揚，有助補足5G、偏遠地區通訊建設。電力電子應用市場方面，SiC、GaN預估到2026年的市場規模分別是48.96億、15.35億美元；2020~2026年CARG為38%及75%。
GaN應用在電力電子市場的變化，近年多以消費性電子、PC、資料中心應用為主要驅動力道，但未來在車用市場會更受矚目。另外，SiC功率元件受惠電動車、太陽能產業發展，因具備高功率及高運作頻率特性，未來會在中高電壓（600V~2,000V以上）市場快速成長，成為產業投資重點。
化合物半導體GaN、SiC在功率元件有更高轉換效率，可承受更高電壓特性，比其他半導體材料更適合應用於電動車領域，有助電子裝置電能轉換、電路控制、馬達驅動、電池儲能等多項應用裝置。鴻海研究院半導體研究所長郭浩中今年8月參加工研院主辦的商機論壇中演講認為，寬能隙半導體在車用電子的發展屬於利基市場，對臺灣延續在半導體業的影響力有其必要性與即時性。但他也提到，當前車用化合物半導體的技術發展，仍存在幾個關鍵挑戰須克服。
關於技術難題，郭浩中盤點幾個思考構面，像是如何降低SiC基板成本、改善製程良率、並強化缺陷檢測分析技術？如何優化大面積GaN磊晶技術品質，以及如何落實GaN元件測試及可靠度分析等。要解決車用化合物半導體挑戰，需要產官學研攜手合作。
各國政府大力支持以及國際大廠來勢洶洶，臺灣要維持在半導體業的優勢，並順勢切入化合物半導體市場，是下一階段產業重要課題。我國於2022年公告設置化合物半導體科專計畫，期望在2025年落實SiC晶圓製程關鍵設備與材料源自主化，完備在地供應鏈；另一方面，工研院藉由化合物半導體應用產業推廣，期讓「南方雨林計畫」持續扎根，形成產業聚落帶動中上游投資商機。
（本文由工業技術與資訊授權轉載）
