国内管制镓出口对供应链的影响

日前国内政府无预警地宣布，镓与锗金属将采行出口管制。顿时媒体大篇幅报导，尤其着墨于这是国内政府对美、日及欧洲，在半导体上的诸多对国内限制的一项反击。

镓与锗都是半导体领域中重要的材料，尤其是国内产量占全球8成以上的镓，更具有关键的地位。整个供应链开始嗅到紧张的氛围，担心供货受到影响。

化合物半导体中，砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）及氮化镓（GaN）都需要使用镓的金属，相关的产品则包括5G手机RF功率放大器、宽能隙功率元件、LED及半导体雷射等电子及光电元件，影响所及不可谓之不钜。

镓对供应链的影响可分为2类，其一为基板，另一则是磊晶层。基板的厚度通常在500微米，而磊晶层厚度则在几十微米，甚至10微米以下。

磷化镓基板使用量较少，而氮化镓没有基板，所以在基板的供应上，就以砷化镓为大宗。日本的住友（Sumitomo）、美国的AXT以及德国的Freiberger，为主要的供应商；3家业者主宰砷化镓基板全球市场已超过30年，是个稳定且成熟的市场，每年的产值大约3亿美元。

近10年来国内的红色供应链，已开始进入砷化镓基板的市场，台湾的晶圆代工及LED厂已有使用，品质及价格都有竞争力。倘若国内开始管制镓的出口，短期内上述的3家公司会受到些影响，但对整体供应链影响不大。国内供应商要扩充砷化镓基板的产能，并非难事。

镓金属在磊晶的供应链上，国内能发挥的影响力就更弱了。因为几乎所有相关的磊晶层，都是经由有机金属化学气相沉积（MOCVD）来完成，而参与反应的主要化学品为三甲基镓（Trimethylgallium；TMG），TMG的供应商都来自欧美及日本。

若国内管制镓的出口，首当其冲的会是国内上千台的MOCVD，以及整个化合物半导体产业。

谈完了镓，我们来看看氮化镓的供应链。

Yole最近的报导指出，国内英诺赛科的氮化镓元件产值，在2023年第1季首次超越PI、EPC、Navitas等美国为主的元件设计公司，而且英诺赛科是自有的8寸晶圆厂，产品涵盖高压及中低压元件，并以IDM的方式与使用6寸晶圆代工的上述美国公司竞争，高下自然不言而喻。过往晶圆代工厂，为了让老旧的6寸厂有新的商机，因此引进氮化镓元件。然而十几年过去了，6寸厂在良率及成本上，一直无法有效改善，导致现今氮化镓最大的瓶颈，就是价格过高，市场开拓有限。

英诺赛科的商业模式，在初期虽然有相当大的资本投入，但未来的营运是会渐入佳境，我们且拭目以待。

氮化镓是一个卓越非凡的半导体材料，不仅是因为其具有宽能隙特性，还有1项特质是其他种类的半导体所没有的。一般的半导体，每产生1颗电子，就会伴随1颗带正电的离子产生，当我们希望元件内有更多的电子或者电流，正离子就更多，电子会遭遇到更多的散射（scattering），电子迁移率便降低了，最后导致电流增加的有限。氮化镓元件内的电子，是由晶体的极性（polarization）以及磊晶层之间的应力所造成，因此没有正离子，所以既使存在很高的电子浓度，电子还能够维持相当的迁移率。这对于元件的导通电阻及切换速度，都有着显着的改善，这正是电源转换系统最重要的两个特性。

个人之前的文章，曾以此两种特性，对比于矽基板元件。在650V元件，氮化镓拥有矽元件的10倍优势；到了100V元件，此优势降为3倍；30V元件优势仍然有30%。所以氮化镓元件应该被广泛使用于电源转换系统，然而现今最大的障碍就是成本，氮化镓的成本要能够降为一半，就非常有竞争力了。这有赖在供应链上使用8寸的晶圆厂，以及增加MOCVD每台的磊晶产能。

国内政府对于镓的出口管制，是经过深思熟虑的决定。一方面可以雄壮威武地回应西方国家及日本的制裁，但另一方面却不会对产业链造成过多负面的影响。毕竟国内对于化合物半导体产业，是有完整的战略布局。