1303-00-0/砷化鎵材料應(yīng)用與市場(chǎng)現(xiàn)狀

砷化鎵(GaAs)材料是繼硅單晶之后第二代新型化合物半導(dǎo)體中最重要，用途最廣泛的材料之一，主要用于光電子產(chǎn)業(yè)和微電子產(chǎn)業(yè)。本文對(duì)砷化鎵材料應(yīng)用與市場(chǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行了解析。

應(yīng)用

電子遷移率和光電轉(zhuǎn)化效率高，在微電子和光電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛

砷化鎵屬III~V族化合物半導(dǎo)體，閃鋅礦型晶格結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)5.65×10-10m，熔點(diǎn)1238℃，禁帶寬度1.42V。與元素半導(dǎo)體Ge和Si相比，GaAs具有重要特性：

• 禁帶寬度大，由于GaAs的禁帶寬度較大，本征激發(fā)比較困難，因此可制得耐高溫、耐高壓的大功率器件和半絕緣高阻材料;
• 電子遷移率高，由于GaAs電子遷移率高，擴(kuò)散系數(shù)也大，因此用GaAs作的器件相比用Ge和Si作的器件，可以在更高的頻率下工作；
• 介電常數(shù)小，這使得GaAs器件的結(jié)電容比較小，器件可在更高頻率下工作；
• 電子有效質(zhì)量小，這一特性使得GaAs中的雜質(zhì)電離能較小，即雜質(zhì)在極低的溫度下仍然可以發(fā)生電離，不影響器件的正常工作；
• 特殊的能帶結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)帶最低能級(jí)和價(jià)帶最高能級(jí)均位于布里淵區(qū)的中心，即k=0處；
• 空穴對(duì)GaAs可直接躍遷禁帶寬度，使光電轉(zhuǎn)換效率高。

砷化鎵按照材料特性可分為導(dǎo)電型砷化鎵和半絕緣砷化鎵。導(dǎo)電型砷化鎵應(yīng)用到光電子領(lǐng)域，單晶生長(zhǎng)方法有HB、VB、VGF法，單晶尺寸有Φ2”、Φ3”、Φ4”和Φ6”，以Φ4”為主，主要用于制作LED。半絕緣砷化鎵應(yīng)用到微電子領(lǐng)域，單晶生長(zhǎng)方法有VGF、VB、LEC法，單晶尺寸有Φ4”和Φ6”，主要用于制作射頻(RF)功率器件。

在微電子領(lǐng)域，利用砷化鎵的電子遷移率高、禁帶寬度大、直接帶隙、消耗功率低等特性，制作的微波大功率器件、低噪聲器件、微波毫米波單片集成電路、超高速數(shù)字集成電路等以移動(dòng)通信、光纖通信、衛(wèi)星通信等代表的高技術(shù)通信領(lǐng)域以及廣播電視、全球定位、導(dǎo)航、超高速計(jì)算機(jī)、信息安全、雷達(dá)、軍工通信、軍工電子等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

在光電子領(lǐng)域，利用砷化鎵的直接躍遷能帶結(jié)構(gòu)具備的高電光轉(zhuǎn)化效率特性，制作的發(fā)光二極管(LED)、激光器(LD)、光探測(cè)器等各類光電器件在以背光顯示、半導(dǎo)體照明、汽車、智能手機(jī)、可穿戴和安防設(shè)備等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。砷化鎵材料的主要用途。

市場(chǎng)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)廠商只提供導(dǎo)電型砷化鎵，國(guó)外產(chǎn)商以半絕緣砷化鎵為主。

砷化鎵材料全球年產(chǎn)量約350t，產(chǎn)值4億美元，這將帶動(dòng)下游芯片、器件、應(yīng)用產(chǎn)品等數(shù)百億美元的產(chǎn)值。據(jù)Strategy Analytics 2017年的調(diào)查報(bào)告，2016年砷化鎵RF器件的年產(chǎn)值就達(dá)到75億美元。

2017年，國(guó)內(nèi)的砷化鎵生產(chǎn)企業(yè)(不含美國(guó)AXT)，砷化鎵單晶全年銷量預(yù)計(jì)折合成2英寸晶片為1300萬(wàn)片，產(chǎn)值預(yù)計(jì)為6億元，同比增長(zhǎng)超過(guò)25%。2017年國(guó)內(nèi)4英寸砷化鎵晶片銷量同比大幅增長(zhǎng)，全年銷售片數(shù)超過(guò)2英寸晶片片數(shù)30%。

砷化鎵材料國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商只提供導(dǎo)電型砷化鎵，銷售市場(chǎng)有中國(guó)大陸、中國(guó)臺(tái)灣、日本、韓國(guó)等。砷化鎵材料國(guó)外生產(chǎn)商以提供半絕緣砷化鎵為主，其銷售市場(chǎng)也位于中國(guó)大陸以外。

半絕緣砷化鎵市場(chǎng)供不應(yīng)求，導(dǎo)電型砷化鎵市場(chǎng)國(guó)內(nèi)廠商靠低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)

砷化鎵在光電子領(lǐng)域和微電子領(lǐng)域市場(chǎng)份額各占一半左右，近十幾年市場(chǎng)總體小幅穩(wěn)定增長(zhǎng)。未來(lái)，光電用砷化鎵襯底需求以Φ4”為主，市場(chǎng)將小幅增長(zhǎng)。

2017年半絕緣砷化鎵需求大幅增長(zhǎng)，以前半絕緣砷化鎵市場(chǎng)占有率較小的美國(guó)AXT公司在2017年第二、三季度出現(xiàn)產(chǎn)品供不應(yīng)求的情況。

而隨著砷化鎵功率放大器在智能手機(jī)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的增加，預(yù)計(jì)在未來(lái)5年，砷化鎵微電子市場(chǎng)年增長(zhǎng)率將達(dá)到5%以上。目前國(guó)際上主要還是以Φ4”晶片為主，但隨著科技發(fā)展，預(yù)計(jì)幾年后將轉(zhuǎn)變?yōu)橐?Phi;6”晶片為主。

導(dǎo)電型砷化鎵用戶基本集中在亞洲，中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣占了市場(chǎng)的一大半，其他均在日本和韓國(guó)。導(dǎo)電型砷化鎵85%用作可見(jiàn)光LED襯底，10%用作LED光電探測(cè)器，5%用作紅外LED襯底。

在中國(guó)大陸，主要用戶是廈門三安和乾照光電，其中廈門三安是全球最大的LED制造商之一。他們生產(chǎn)的砷化鎵外延片有Φ2”和Φ4”，2017年以Φ4”為主。

中國(guó)臺(tái)灣最大的用戶是晶元電，其生產(chǎn)的砷化鎵外延片基本從Φ2”轉(zhuǎn)為Φ4”。日本用戶其自身大部分自給自足，少量從中國(guó)采購(gòu)。

在導(dǎo)電型砷化鎵市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)各大生產(chǎn)企業(yè)近幾年一直處于低價(jià)惡性競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境，造成各大企業(yè)基本都虧損。

結(jié)語(yǔ)

砷化鎵(GaAs)材料是繼硅單晶之后第二代新型化合物半導(dǎo)體中最重要的材料之一。其性能優(yōu)異，電子遷移率和光電轉(zhuǎn)化效率高，在微電子和光電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其在5G商用化進(jìn)程中，將發(fā)揮無(wú)可替代的作用。

國(guó)內(nèi)廠商只提供導(dǎo)電型砷化鎵，一直處于低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境中。國(guó)外廠商以提供半絕緣砷化鎵為主，市場(chǎng)一度供不應(yīng)求。

來(lái)源：化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)