自主科技| GaN外延潛力無限 港微電子趕上快車

[自主科技]

近年，第三代半導體開發的新材料器件，應用場景增加，投資漸趨活躍。本港發展微電子亦以第三代半導體為焦點。

半導體第一代材料是矽(Si)，主要針對邏輯運算；第二代砷化鎵(GaAs)，主要用於通信；第三代以氮化鎵 (GaN)與碳化矽(SiC)材料為代表性，可用功率半導體、光電、射頻以至軍事用途。

麻省光子技術宣布，在港設立首條超高真空第三代半導體GaN外延片中試線。本港積極發展微電子業，以第三半導體為焦點。政府亦成立香港微電子研發院，設立SiC和GaN兩條中試線，協助試產、測試和認證，促進產、學、研三方合作。

SiC與GaN都可用於開發功率半導體。SiC主要用於電動車、充電樁和再生能源。據研究公司Trendforce的數據，九成SiC市場由5家公司；包括意法半導體、英飛淩、Wolfspeed、安森美和羅姆包辦，其他廠商只佔一成市場。

麻省光子由廖翊韜博士創立，曾開發出GaN的光電子應用，包括紫外光發光二極體（UV LED），可用於滅菌、水純化、醫學裝置、熒光分析等，麻省光子曾與「信和創意研發室」合作開發「 MASSPHOTON UVC-LED空氣消毒器」，新冠期間用於消毒空氣。GaN是光電應用的重要分水嶺，開啟了LED時代。1992年，日本赤崎勇團隊開發出GaN薄膜，首次實現藍光LED，LED才進入彩色，2014年獲諾貝爾獎。1998年，美國Cree公司開發GaN高電子遷移率晶體，開始LED商用照明，大大降低照明成本。

從消費轉用至工業

近年，GaN為人熟悉可能始於充電器，將原本體積龐大的45W、65W、100W中大功率充電器，變得小巧玲瓏。

事實上，GaN在成本和高頻能力上佔優，但論耐電壓值卻不及SiC，限制了在汽車和工業上用途。近年，高電壓GaN不斷出現，更多功率器件有望轉用GaN，包括可生能源儲能逆變器和伺服系統變壓器等，減低數據中心能耗，與SiC展開競爭。去年，英飛淩收購了GaN System；今年初，瑞薩（Renesas）又收購Transpharm，兩家汽車業半導體大廠佈局GaN市場，最近中國致能科技宣佈其GaN外延，耐壓值突破1700 V，GaN的潛力嶄露頭角。

GaN在消費、汽車和工業帶動下增長迅速，中國的汽車和再生能源，更使用大量功率半導體，GaN又可製作飛行時間（ToF）器件和激光雷達（Lidar）等器件，投資氣氛一片火熱。

市場分散有利進佔

GaN外延片（GaN Epiwafers）屬於產業的上游，生產半導體原材料，利用藍寶石、矽、氮化矽和氮化鎵等襯底設計GaN外延，針對不同場景應用。近年GaN矽襯底技術改善，進一步降低了成本。

全球最大外延片廠商計有NTT AT、Wolfspeed、SCIOCS（住友）和EpiGaN（Soitec），市場較為分散。GaN外延亦以無晶圓方式經營，中國又是全球GaN消費大國，多家國家廠商投資在GaN外延設計上。

麻省光子技術宣佈在創新園首條超高真空量產型氮化鎵(GaN)外延片中試線，預計投資2億港元。中試線是小批量生產，例如生產樣本供用戶調試，反饋後調整設計，再送往晶圓廠生產。現時台積電是全球最大GaN晶圓廠。

新型工業化前哨

麻省光子技術港設立GaN外延工藝全球研發中心，有利推進香港的「新型工業化」。創新科技及工業局局長孫東教授表示：「第三代半導體是香港重點發展的科技領域，特區政府積極推進微電子產業發展。」

麻省光子技術行政總裁廖翊韜博士說：「作為首家駐港GaN外延技術公司，致力在港推動高階第三代半導體晶圓技術研發和量產，借助香港的國際化市場地位，參與全球半導體競爭，不僅為提升香港原創性科技研發水平和新質生產力，注入了強大動力，也為香港半導體製造產業鏈提供了最關鍵的上游晶圓量產技術支撐。」

廖翊韜GaN外延技術專家，GaN外延和深層紫外線LED裝置等，擁有逾40項專利，掌握第三代半導體核心工藝，計劃開發8吋GaN外延片工藝及設備平台，針對顯示設備、汽車和數據中心等市場。