相較目前主流的硅晶圓（Si），第三代半導體材料SiC與GaN（氮化鎵）具備耐高電壓特色，并有耐高溫與適合在高頻環境下優勢，其可使芯片面積大幅減少，并簡化周邊電路設計，達成減少模塊、系統周邊零組件及冷卻系統體積目標，GaN應用范圍包括射頻、半導體照明、激光器等領域。

現行GaN功率元件以GaN-on-SiC及GaN-on-Si兩種晶圓進行制造，其中GaN-on-SiC強調適合應用在高溫、高頻的操作環境，因此在散熱性能上具優勢，其以5G基地臺應用最多，預期SiC基板未來在5G商用帶動下，具有龐大市場商機。

5G高頻特性，使GaN技術有伸展空間

目前基地臺用功率放大器（Power Amplifier，PA）主要為基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導體（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor，LDMOS）技術，不過LDMOS技術僅適用于低頻段，在高頻應用領域存在局限性。

由于LDMOS功率放大器的頻寬會隨著頻率增加而大幅減少，運用于3.5GHz頻段的LDMOS制程已接近限制，性能開始出現下滑，在考慮5G商用頻段朝更高頻段發展下，過去LDMOS將逐漸難以符合性能要求，因此第三代半導體材料GaN技術崛起；由于GaN技術支援更高資料容量之多資料傳輸，同時搭配5G高速網絡，不論在頻寬、性能、容量、成本間可做出最佳成效。

換言之，GaN優勢在于更高功率密度及更高截止頻率（Cutoff Frequency，輸出訊號功率超出或低于傳導頻率時輸出訊號功率的頻率），尤其在5G多輸入多輸出（Massive MIMO）應用中，可實現高整合性解決方案，例如模塊化射頻前端元件，以毫米波（Millimeter Wave，mmWave）應用為例，GaN高功率密度特性可有效減少收發通道數及尺寸，實現高性能目標，然短期LDMOS會與GaN共存，主要原因在于低頻應用仍會采用LDMOS，例如2GHz以下應用領域。

5G基地臺的功率放大器將以砷化鎵與GaN制程為主

從Qorvo產品應用來看，采用GaN技術將天線陣列功耗降低40%，透過整合式多通道模塊、3～6GHz及28/39GHz頻段在射頻前端產品的布局，更加強調高性能、低功耗、高整合度、高易用性等目標達成。

其中GaN可達LDMOS原始功率密度4倍，每單位面積功率提高4～6倍，即在相同發射功率規格下，GaN裸片尺寸為LDMOS裸片尺寸的1/6～1/4。由于GaN具有更高功率密度特性，能實現更小元件封裝，滿足Massive MIMO和主動天線單元（Active Antenna Unit，AAU）技術下射頻前端高度整合需求。

目前GaN運用以5G基礎設施（如基地臺）為主，手機較難采用GaN技術，主要挑戰包括：（1）GaN成本高；（2）GaN供電電壓高；較不符合手機需求，不過若未來透過改進GaN射頻元件特性，仍有可能應用于手機，例如加入新的絕緣介質與溝道材料，使其適應低電壓工作環境。無論如何，GaN已成為高頻、大功耗應用技術首選，包括需高功率水平的傳輸訊號或長距離應用，例如基地臺收發器、雷達、衛星通信等。