定義
氮化鎵（GaN, Gallium Nitride）是 III-V 族寬能隙（wide bandgap）化合物半導體，與 技術_碳化矽SiC 並列第三代半導體。庫內關注兩條應用線，材料相同、元件結構與客戶完全不同：
- RF 線：GaN HEMT 做高功率放大器（PA），用於衛星、5G／6G 基地台、雷達與國防；基板以 GaN-on-SiC 為主。庫內代表案例為 3105_穩懋（櫃） 與 Starlink V3 的 E／V／W 頻段 PA（技術_StarlinkV3射頻含量）。
- 電源線：GaN HEMT 做高頻功率開關，用於快充、伺服器 PSU、資料中心 48V／800V HVDC 的 DC/DC；基板以 GaN-on-Si（可用 8 吋矽晶圓線）為主。庫內脈絡見 技術_HVDC、技術_IBC中間匯流排轉換器。
圖解
圖說：Starlink V3 與 V2/V2 Mini 天線系統表：V3 Ku 相位陣列 5 片×2,048 元件、gateway 4 片×1,024 元件，合計 PA 14,336／LNA 18,432；V2 Ku 5 片×512、gateway 3 片×256，合計 PA 3,328／LNA 4,096。其中 V3 gateway 陣列的 E／V／W 頻段 PA 是 GaN 的主要落點（來源：UBS 估計，2026-10-02，經 報告_UBS_穩懋3105_20261002 引用）。
flowchart LR
GAN["GaN 氮化鎵<br>寬能隙 III-V 半導體"] --> RF["RF 線<br>高功率 PA"]
GAN --> PWR["電源線<br>高頻功率開關"]
RF --> SUB1["基板：GaN-on-SiC<br>散熱佳、成本高"]
PWR --> SUB2["基板：GaN-on-Si<br>8 吋矽線、成本低"]
SUB1 --> A1["低軌衛星 E/V/W-band PA"]
SUB1 --> A2["5G/6G 基地台、雷達、國防"]
SUB2 --> B1["AI 伺服器 PSU、48V/800V DC/DC"]
SUB2 --> B2["快充、OBC、太陽能微型逆變器"]
▲ GaN 兩條應用線與基板路線對應（依庫內資料與外部基礎概念整理）。
材料特性
| 特性 | GaN | 對應意義 |
|---|---|---|
| 能隙 | 約 3.4 eV（寬能隙，矽約 1.1 eV） | 耐高壓、耐高溫、漏電低 |
| 電子遷移率 | 二維電子氣（2DEG）通道，遷移率高 | 導通電阻低、開關速度快，可達 MHz 級（外部來源，中信心） |
| 臨界電場 | 約 3.3 MV/cm（外部來源，中信心） | 同耐壓下元件可做得更小、電容更低 |
| RF 功率密度 | UBS 估 GaN 約為 GaAs 的 4-8 倍 | 同輸出功率可用更少顆、更小面積元件；大氣損耗較低、散熱較佳 |
| 結構 | HEMT（高電子遷移率電晶體），電源端多為增強型 | 與 SiC MOSFET 的垂直結構不同，GaN 多為橫向元件，擅長中低壓高頻 |
與 GaAs／Si／SiC 的相對位置
- 對 技術_GaAs砷化鎵：GaAs 仍是 Ku 用戶端 PA、手機 PA 的主力；GaN 在更高頻、更高功率（Ka／E／V／W 回傳）取代 GaAs，UBS 估 V3 PA／LNA 中 GaAs 約 75%、SiGe 約 13%、GaN 約 12%（UBS，2026-10-02）。
- 對矽：GaN 以更低的開關損耗與更高頻率縮小被動元件與整體電源體積，代價是元件與基板成本較高（外部來源，中信心）。
- 對 SiC：見下方「與 SiC 的分工」。
應用線一：RF（PA／LNA、衛星、基地台）
- 衛星回傳：Starlink V3 回傳端擴大 E／V 並新增 W band（約 75-110 GHz），UBS 預期多數 Ka／E／V／W 頻段 PA 改採 GaN；Ku 用戶端 PA 仍沿用 GaAs，回傳 LNA 仍以 SiGe 為主（UBS，2026-10-02）。富邦（2026-09-29）同樣指出 V3 新增 V／W-band 後 GaAs 功率密度偏低，GaN 為其 4 至 8 倍，將推升 GaN 用量（見 報告_富邦_低軌衛星StarlinkV3_20260929）。
- 用量推估：UBS 估 V3 每顆衛星 GaN PA 約 4,096 顆，初期約消耗相當於 4 片 4 吋 GaN 晶圓（UBS 估計，非公司揭露）。若後續世代採 D band（約 110-170 GHz），GaN 優勢更大。
- 基地台與國防：5G 宏基站、相控陣雷達屬 GaN-on-SiC 傳統戰場；穩懋管理層稱 5G 基站滲透率近 70、屬末端建置期，6G 已與客戶合作開發，預估 2030 年部分地區商轉（永豐法說 memo，2026-07-24，詳見 3105_穩懋（櫃））。
- 手機直連（D2C）：穩懋管理層指出 D2C 功率需求更大，GaN 優於 GaAs（同上）。
- 衛星 RF 前端整體拆解見 技術_衛星RF前端，低軌衛星整體供應鏈見 供應鏈_低軌衛星。
應用線二：電源（資料中心、快充）
- 資料中心 HVDC：NVIDIA 12kW DC/DC brick 提交方案約 80% 採 GaN，Wolfspeed 提案 SiC 但因高開關頻率下非最佳解；800V 與 ±400V 皆採 12kW brick＋half-bridge LLC 兩段式（見 技術_HVDC）。800V 架構下用 650V GaN 取代多顆 100V GaN，可能有小幅 content 溢價。HVDC 架構與 GaN／SiC 分工業界尚未收斂，2027 仍是邊做邊定規格的一年。
- TI 板卡實測（OCP 2026-10-15）：800V→6V 堆疊 LLC 10kW 用 650V GaN（帶驅動）為主級、8 顆矩陣變壓器，效率約 94–96%、約 2000W/in³；50V→6V LLC 用 80／100V GaN 或矽功率 FET；800V 側保護（±400V 雙邊）採 SiC FET。與 NVIDIA 12kW brick 約 80% 採 GaN 的說法一致並補上分工，無客戶或量產時程（報告_OCP2026_TI_800V_DCDC拓撲比較_20261015）。OCP 板上工作組規格未提元件材料。
- IBC 中間匯流排轉換器：近端降壓（800V→12V）以 GaN 64:1 LLC 取代多級架構，效率再升約 1%、板面積節省約 26%、銅材節省 40-60%（見 技術_IBC中間匯流排轉換器）。
- 板上電源與 PSU：Power Delivery Board 承擔 48V→12V 一級降壓，被視為 GaN 元件的核心戰場（見 分析_AI資料中心功率半導體_HVDC節奏與定價_20260623）；PSU 每瓦 ASP 由 5.5kW 世代 US$120/kW 升至 12kW 世代 US$173/kW，漲幅部分來自 SiC／GaN 功率元件成本（GS 供應鏈調查，見 技術_PSU）。
- SST：Enphase IQ SST 採 GaN 路線，適合高頻、小模組、低寄生設計（見 技術_固態變壓器SST）。
- 快充與消費電源：GaN-on-Si 憑 8 吋矽線成本優勢，主攻 65-240W 快充、OBC、太陽能微型逆變器（外部來源，中信心）；庫內群電等電源廠導入 GaN 做高效率高功率密度方案（見 6412_群電（市））。
- 時點風險：分析_AI資料中心功率半導體_HVDC節奏與定價_20260623 指出純 HVDC／GaN 槓桿標的受 HVDC 放量時點延後衝擊較大；功率半導體的確定性來自定價、content 與部署 kW 成長，而非 HVDC 確切時點。
基板路線與瓶頸
| 路線 | 特性 | 主要用途 | 瓶頸 |
|---|---|---|---|
| GaN-on-SiC | 導熱佳（SiC 約 350-490 W/m·K，外部來源，中信心）、晶格失配小、缺陷低 | 高功率 RF：衛星、基地台、雷達 | SiC 基板貴、主流 4-6 吋；穩懋現為 4 吋，評估轉 6 吋 |
| GaN-on-Si | 可用既有 8 吋（向 12 吋推進）矽晶圓線，成本低；晶格與熱膨脹失配大，需厚過渡層防翹曲 | 快充、伺服器電源、車用 | 翹曲與良率控管；高壓元件可靠度；與矽基 MOSFET、SiC 的價格競爭 |
| GaN-on-GaN | 自支撐 GaN 基板，缺陷最少 | 超高壓垂直元件、雷射／光電 | 基板極貴、尺寸小，庫內尚無明確量產線索（外部概念，低信心） |
- 穩懋 GaN 產能：UBS 估現況不到 1,000 片 4 吋／月，2 年內可能倍增，並評估潔淨室投資與 4 吋→6 吋（面積 2.25 倍）；此為推估，非公司 guidance（UBS，2026-10-02）。7/24 法說稱 GaN 產能不夠、持續擴充，2026 資本支出 NT$20-30 億主要投向 InP 與 GaN。
- 單價與毛利：UBS 估 4 吋 GaN 晶圓 ASP 約 US$8,000-10,000，對比一般 GaAs 晶圓約 US$2,000-3,000；GaN 製程毛利率比成熟 GaAs 製程高 10-20 ppt（UBS，2026-10-02，推估）。
- 良率與擴產：UBS 基本情境良率 2027E 80%→2030E 87%，GaN 晶圓 ASP 由 US$9,000 逐年降至 US$8,300（UBS 假設，見 技術_StarlinkV3射頻含量）。設備交期長是擴產落後風險（中信投顧，2026-07-27，channel check）。
- 8 吋與 12 吋：嘉晶 GaN-on-Si 已有 6／8 吋，6 吋 GaN 已獲利、8 吋開始小量生產（嘉晶 1H26 法說，2026-09-22）；世界先進 GaN-on-Si 取得台積電技轉，8 吋產能約 3kwpm，商業化目標 2027 年初（見 5347_世界先進（櫃））；海外 Infineon 擴產奧地利 Villach 12 吋 GaN（見 Infineon（未））。
關鍵參數
| 指標 | 意義 | 觀察重點 |
|---|---|---|
| 功率密度（W/mm） | RF PA 單位閘寬輸出功率 | GaN 約為 GaAs 的 4-8 倍（UBS 估計） |
| 耐壓／導通電阻 | 電源端選型 | 40-100V 中低壓 vs 650V 以上高壓；800V 架構是否改用 650V GaN |
| 開關頻率 | 縮小磁性元件與被動元件 | MHz 級，與 SiC 的分界 |
| 晶圓 ASP 與毛利 | 代工廠獲利彈性 | GaN 晶圓 US$8,000-10,000，毛利率高於 GaAs 10-20 ppt（UBS 估計） |
| 晶圓尺寸 | 單位成本 | 4→6 吋（面積 2.25 倍）、GaN-on-Si 8 吋 |
| 良率 | 擴產獲利轉換 | UBS 假設 80-87% |
與 SiC 的分工
- 兩者同屬寬能隙，但電源端分工不同：GaN 擅長中低壓高頻（板上 DC/DC、IBC、快充），SiC 擅長高壓大功率（電網端、SST、前端與中段高壓轉換、EV 逆變器）。Wolfspeed 提案 SiC 於 12kW brick 因高開關頻率非最佳解，即是此分工的例子（見 WOLF.US(wolfspeed)）。
- 材料上交疊處：GaN-on-SiC 以 SiC 為基板，嘉晶等磊晶廠同時做 SiC homo-epitaxy 與 GaN-on-SiC（見 技術_碳化矽SiC、3016_嘉晶（市））。
- TrendForce（2025-11）指出 SiC／GaN 在資料中心供電滲透率預估 2026 年達 17%、2030 年突破 30%，SiC 主要負責前端與中段高壓大功率轉換（見 技術_碳化矽SiC）。受惠公司不宜把 SiC 與 GaN 兩邊混同。
供應鏈與關鍵廠商
| 環節 | 廠商 | 角色與觀察重點 |
|---|---|---|
| RF 代工（GaN-on-SiC） | 3105_穩懋（櫃） | GaAs／GaN RF 代工，GaN NP10 W-band 已開始出貨；V3 GaN 放量為 UBS 估值核心 |
| 磊晶 | 3016_嘉晶（市）、2455_全新（市） | 嘉晶 GaN-on-Si 6／8 吋與 GaN-on-SiC；全新 3Q26 新進 5 台 MOCVD 中 1 台用於 GaN（見 2455_全新（市））；衛星 RF 實際訂單仍待確認 |
| 基板／晶圓 | 6488_環球晶圓（櫃） | GaN-on-Si 既有線滿載（公司口徑，2026-08-04） |
| 電源 GaN 代工 | 5347_世界先進（櫃） | GaN-on-Si 8 吋，台積電技轉，2H26 部分產品完成驗證量產 |
| 功率元件／IDM | 8261_富鼎先進（市）、3707_漢磊（櫃）、Infineon（未） | 富鼎 GaN 開發中；漢磊聚焦 650V 以下中低壓 GaN 代工，產能自 2026Q2 起滿載，全年營收估年增近 50%，與主要客戶聯合開發第七代技術（預計 2026 年底–2027Q1 完成，性能約傳統矽基 3 倍），應用含 AI 資料中心電源、人形機器人、無人機（來源：活動_漢磊3707_法說memo_20261007，2026-10-07）；Infineon SiC／GaN 三軌，GaN 主導 HVDC 12kW brick |
| 電源系統 | 2308_台達電（市）、6412_群電（市） | PSU 規格升級帶動 GaN／SiC 元件導入 |
| 封測 | 6525_捷敏-KY（市）、8162_微矽電子（創）、7873_瑞峰半導體（興） | GaN／SiC 後段封測、測試與薄化 |
| 國際對照 | WOLF.US(wolfspeed)、Qorvo（GaN-on-SiC RF）、Navitas／EPC（GaN-on-Si 電源） | 外部來源，中信心；Qorvo、Navitas、EPC 庫內尚無頁 |
投資觀察
- 兩條線的催化劑不同：RF 線看 Starlink V3 發射節奏與穩懋 GaN 擴產；電源線看 HVDC 時點與 GaN 對 SiC、矽基的價格競爭。
- 穩懋是庫內 GaN RF 的純度最高標的：但 UBS 的 GaN 營收、良率與晶圓數皆為推估，穩懋 GaN 擴產尚非公司 guidance。
- 台廠多在材料與代工環節：電源端的設計與 IDM 仍以 Infineon、Navitas 等海外廠為主，台廠機會在磊晶、GaN-on-Si 代工、封測與系統端導入。
風險
- 所有 GaN 用量、ASP、毛利率與出貨顆數為賣方推估，SpaceX 未揭露，誤差可能很大。
- HVDC 架構與 GaN／SiC 分工未定，GaN 槓桿標的對時點延後敏感。
- 價格競爭：GaN 與矽基、SiC 在不同電壓段互相蠶食，成本下降速度決定滲透。
- 外部來源之基礎概念數據（遷移率、臨界電場、導熱率）為一般技術文獻整理，未逐一核對原文。
相關技術
- 技術_碳化矽SiC
- 技術_GaAs砷化鎵
- 技術_StarlinkV3射頻含量
- 技術_衛星RF前端
- 技術_HVDC
- 技術_IBC中間匯流排轉換器
- 技術_固態變壓器SST
- 技術_PSU
- 技術_MOSFET
- 技術_功率半導體
- 供應鏈_低軌衛星
- 供應鏈_AI伺服器板上電源
來源
- 報告_OCP2026_TI_800V_DCDC拓撲比較_20261015 — TI，2026-10-15；800V 堆疊 LLC 用 650V GaN
- 活動_漢磊3707_法說memo_20261007 — 漢磊 2026-10-07 法說；650V 以下 GaN 代工滿載、第七代聯合開發、AI 資料中心/人形機器人/無人機應用
- 報告_UBS_穩懋3105_20261002 — UBS，2026-10-02；V3 GaN 用量、晶圓 ASP 與毛利、穩懋 GaN 產能推估
- 報告_富邦_低軌衛星StarlinkV3_20260929 — 富邦投顧，2026-09-29；V3 新增 V／W-band，GaN 功率密度為 GaAs 的 4 至 8 倍
- 活動_穩懋3105_法說memo_20260724 — 永豐，2026-07-24；GaN 擴產聚焦 Infra、D2C 與 6G 說法
- 報告_電源供應與管理產業_20260703 — 電源產業簡報，2026-07-03；GaN 64:1 LLC、WBG 成本
- 分析_AI資料中心功率半導體_HVDC節奏與定價_20260623 — Edgewater，2026-06-23；GaN brick 約 80% 與 HVDC 時點風險
- 活動_嘉晶3016_法說會memo_20260922 — 嘉晶法說，2026-09-22；GaN 6 吋獲利、8 吋小量生產
- 外部來源（agy grounded 搜尋整理，2026-10-06，中信心，僅採基礎概念）：GaN 材料特性、GaN-on-SiC 與 GaN-on-Si 差異、國際廠商定位