1.國(guó)內(nèi)砷化鎵材料發(fā)展現(xiàn)狀

目前中國(guó)的砷化鎵材料生產(chǎn)企業(yè)主要以LED用低阻砷化鎵晶片為代表的低端市場(chǎng)為主，利潤(rùn)率較高的微電子用4-6英寸半絕緣晶片還沒有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。中國(guó)大陸從事砷化鎵材料研發(fā)與生產(chǎn)的公司主要有：北京通美晶體技術(shù)有限公司（AXT）、中科晶電信息材料（北京）有限公司、天津晶明電子材料有限責(zé)任公司（中電46所）、北京中科鎵英半導(dǎo)體有限公司、北京國(guó)瑞電子材料有限責(zé)任公司、揚(yáng)州中顯機(jī)械有限公司、山東遠(yuǎn)東高科技材料有限公司、大慶佳昌科技有限公司、新鄉(xiāng)神舟晶體科技發(fā)展有限公司（原國(guó)營(yíng)542廠）等九家。

北京通美是美國(guó)AXT獨(dú)資子公司，其資金、管理和技術(shù)實(shí)力在國(guó)內(nèi)砷化鎵材料行業(yè)首屈一指，產(chǎn)品主要以VGF法4、6英寸半絕緣砷化鎵材料為主。其在高純鎵、高純砷、高純鍺以及氮化硼坩堝等方面均有投資，有效地控制了公司成本，2009年銷售收入8?000萬(wàn)美元，短期內(nèi)國(guó)內(nèi)其它各公司還難以和北京通美形成真正的競(jìng)爭(zhēng)。

中科晶電成立于2006年，主要從事VGF砷化鎵單晶生長(zhǎng)和拋光片生產(chǎn)，該公司為民營(yíng)企業(yè)，總投資為2 500萬(wàn)美元，在高純砷和高純鎵方面也已投資建廠。2009年月產(chǎn)2英寸砷化鎵晶片10萬(wàn)片，2010年月產(chǎn)達(dá)到15萬(wàn)片。該公司是目前國(guó)內(nèi)發(fā)展速度最快的砷化鎵企業(yè)。 ?天津晶明公司成立于2007年，由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所投資，注冊(cè)資本1400萬(wàn)元，總投入約5 000萬(wàn)元。主要產(chǎn)品為2英寸LED用VB法低阻砷化鎵晶體及拋光片，兼顧少量3~4英寸半絕緣砷化鎵單晶材料。目前擁用LEC單晶爐4臺(tái)，VB單晶爐60臺(tái)，已建成一條完整的單晶生長(zhǎng)及拋光片加工生產(chǎn)線，目前月產(chǎn)約為3萬(wàn)片。 ?中科鎵英公司成立于2001年，晶體生長(zhǎng)只有兩臺(tái)LEC單晶爐，目前主要在國(guó)內(nèi)購(gòu)買HB或VGF砷化鎵單晶進(jìn)行拋光片加工，銷售對(duì)象主要是國(guó)內(nèi)的LED外延企業(yè)，月產(chǎn)約2~3萬(wàn)片。 ?北京國(guó)瑞公司和揚(yáng)州中顯公司主要生產(chǎn)2～2.5英寸HB砷化鎵單晶，山東遠(yuǎn)東公司主要生產(chǎn)2英寸LEC（或稱LEVB）砷化鎵單晶，這三家公司的產(chǎn)品主要針對(duì)LED市場(chǎng)，其單晶質(zhì)量、成品率以及整體經(jīng)營(yíng)狀況都很穩(wěn)定。這三家公司目前都沒有晶片加工工序，只能將單晶賣給其它公司進(jìn)行加工。 ?大慶佳昌原主要從事LEC砷化鎵單晶生長(zhǎng)，曾生長(zhǎng)出8英寸LEC砷化鎵單晶樣品。2009年?duì)幦〉秸㈨?xiàng)投資1.3億元，轉(zhuǎn)向以VGF工藝生產(chǎn)LED用低阻砷化鎵材料，目前已完成廠房建設(shè)和小試生產(chǎn)，其產(chǎn)品定位主要在4英寸市場(chǎng)。

新鄉(xiāng)神舟公司主要從事LEC和HB砷化鎵單晶生長(zhǎng)，近期開始進(jìn)行VGF法砷化鎵工藝研究，目前的市場(chǎng)定位還不是很明確，主要以承擔(dān)軍工科研任務(wù)為主。

2.砷化鎵應(yīng)用領(lǐng)域及市場(chǎng)需求?

2.1砷化鎵應(yīng)用領(lǐng)域概述?

砷化鎵半導(dǎo)體材料與傳統(tǒng)的硅材料相比，它的電子移動(dòng)率約為硅材料的5?.?7?倍,。它具有很高的電子遷移率、寬禁帶、直接帶隙，消耗功率低的特性。因此,廣泛運(yùn)用於高頻及無線通訊(主要為超過1?G?H?z?以上的頻率).適于制做IC?器件。所制出的這種高頻、高速、防輻射的高溫器件，通常應(yīng)用于激光器、無線通信、光纖通信、移動(dòng)通信、GPS?全球?qū)Ш降阮I(lǐng)域。砷化鎵除在I?C?產(chǎn)品應(yīng)用以外,也可加入其它元素改變能帶隙及其產(chǎn)生光電反應(yīng)，達(dá)到所對(duì)應(yīng)的光波波長(zhǎng),制作成光電元件。

由此可以看出，砷化鎵材料的應(yīng)用領(lǐng)域主要分為微電子領(lǐng)域和光電子領(lǐng)域。在微電子領(lǐng)域中，使用的化合物半導(dǎo)體材料屬于高端產(chǎn)品，主要用于制作無線通訊（衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊）、光纖通訊、汽車電子等用的微波器件。在光電子領(lǐng)域中，使用的化合物半導(dǎo)體材料屬于低端產(chǎn)品，主要用于制作發(fā)光二極管、激光器及其它光電子器件。無線通訊、光纖通訊、汽車電子等領(lǐng)域的高速發(fā)展，使得對(duì)砷化鎵器件和電路的需求量急劇增加，進(jìn)而極大地增加了對(duì)半絕緣砷化鎵材料的需求量。作為半絕緣砷化鎵下游產(chǎn)業(yè)的砷化鎵集成電路業(yè)市場(chǎng)平均增長(zhǎng)近年都在40%?以上，盡管砷化鎵分立器件的市場(chǎng)份額在逐步減少，砷化鎵射頻器件市場(chǎng)仍有30%?的年增長(zhǎng)，加之衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和車載雷達(dá)用砷化鎵單晶的潛在市場(chǎng)，半絕緣砷化鎵的需求前景非常看好。

2.2?光通訊市場(chǎng)需求?

光纖通信具有高速、大容量、傳輸業(yè)務(wù)信息多的特點(diǎn)，是構(gòu)筑“信息高速公?路”的主干，成為現(xiàn)代信息社會(huì)的支柱產(chǎn)業(yè)。而移動(dòng)通信包括陸基、衛(wèi)星移動(dòng)通信及全球定位系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)與任何通信對(duì)象進(jìn)行通信理想境界，其市場(chǎng)容量十分巨大。光纖通信中，大于2.5G?比特/秒的光通信傳輸系統(tǒng)，其光通信收發(fā)系統(tǒng)均需采用?GaAs?超高速專用電路。光通信發(fā)展極為迅速，據(jù)國(guó)外報(bào)道，光纖通信模擬GaAs市場(chǎng)近幾年以年均34%的速度增長(zhǎng)，到2004?年增長(zhǎng)到約16.2?億美元的市場(chǎng)規(guī)模，10?Gb/s?設(shè)備已成為最大的市場(chǎng)。在10?Gb/s、40?Gb/s?系統(tǒng)中所用的器件和集成電路，包括激光驅(qū)動(dòng)電路、MUX、DEMUX、跨阻放大器、限譜放大器等，GaAs?材料將占據(jù)重要位置。

2.3無線局域網(wǎng)（WLAN）市場(chǎng)需求?

WLAN?的概念雖提出較早，但由于技術(shù)的障礙一直未得到發(fā)展，直到90?年代初?方獲得較多的關(guān)切，并產(chǎn)生了IEEE802.11?標(biāo)準(zhǔn)，頻段為902～928?MHZ，但由于速度僅達(dá)到2Mbps，仍未能受到市場(chǎng)過多賞識(shí)，1999?年底，IEEE802.11b?標(biāo)準(zhǔn)提出，頻率提高到2.4～2.48GHZ，速率達(dá)到11Mbps，市場(chǎng)接受程度大大提高。據(jù)ForwordConcepts?報(bào)告，WLAN芯片市場(chǎng)2002年達(dá)3.64億美元。在2.4?GHZ?以下頻率時(shí)，使用SiGe?乃至SiBiCMOS?即可，而5GHZ?以上的芯片，則以GaAs?IC?為佳，如：Ratheon、Envara?等公司開發(fā)的芯片均采用GaAs?材料。為盡快滿足WLAN?市場(chǎng)需求，Anadigics?收購(gòu)了RF?Solutions?的GaAs?功放生產(chǎn)線。可見，無線局域網(wǎng)的高端傳輸必然對(duì)CaAs有很大需求。根據(jù)Strategy?Analytics?預(yù)測(cè)，在可預(yù)見的將來，數(shù)字有線電視（CATV）服務(wù)將需要基于砷化鎵（GaAs）的高端基礎(chǔ)設(shè)施元器件。到2009?年，以GaAs?為基礎(chǔ)的MMIC?和混合器件將在CATV?基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)占據(jù)75%的份額，每年的需求增長(zhǎng)為18%。相比之下，到2009年用于CATV?的半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)率僅有3%。北美和亞太地區(qū)將推動(dòng)CATV?基礎(chǔ)設(shè)施增長(zhǎng)，占2009?年新數(shù)字有線電視用戶的?89%。這將推動(dòng)CATV?網(wǎng)絡(luò)中system?amplifier?和line?extender?的需求，它們使用混合硅和砷化鎵的部件。據(jù)市場(chǎng)研究公司Strategy?Analytics?發(fā)表的報(bào)告稱，無線局域網(wǎng)GaAs集成電路市場(chǎng)2003年預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)139%，到2008?年的混合年平均增長(zhǎng)率將達(dá)到21%。交換機(jī)和電源放大器是GaAs集成電路增長(zhǎng)的主要機(jī)會(huì)。到2008?年，GaAs電源放大器將占1.77億件GaAs集成電路出貨量的67%。因此，Strategy?Analytics預(yù)測(cè)，全部無線局域網(wǎng)交換機(jī)集成電路都將使用砷化鎵技術(shù)，覆蓋5GHz和2.4Ghz頻率的雙頻段系統(tǒng)每個(gè)系統(tǒng)最多可采用2?個(gè)交換機(jī)。全球5GHz無線局域網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的統(tǒng)一以及迅速向采用802.11a/g?組合設(shè)備的雙頻段系統(tǒng)過渡，將促進(jìn)GaAs集成電路市場(chǎng)的增長(zhǎng)。Strategy?Analytics?的高級(jí)分析師Asif?Anwar?在聲明中稱，電源放大器將是這個(gè)市場(chǎng)的亮點(diǎn)。整個(gè)射頻（RF）和與802.11相關(guān)的芯片，包括電源放大器和交換機(jī)，在2003年的銷售收入將從2002年的4.87億美元增長(zhǎng)到6.37億美元。到2008年，802.11a/g?雙頻段組合設(shè)備將占整個(gè)出貨量的75%。

2.4汽車電子產(chǎn)品市場(chǎng)需求?

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因交通事故死亡人數(shù)達(dá)九萬(wàn)人，損失愈百億元，已成為工傷?事故的第一殺手。為避免交通事故的發(fā)生，在汽車中安裝防撞雷達(dá)已成必然趨勢(shì)。?汽車防撞雷達(dá)一般采用毫米波段，在這些波段范圍內(nèi)，最適合的器件是GaAs?IC。?可以看出，隨著技術(shù)的成熟、成本的降低，汽車防撞雷達(dá)由豪華轎車向大量生產(chǎn)的中、低檔轎車發(fā)展，乃是必然趨勢(shì)。一旦GaAs?器件進(jìn)入量產(chǎn)的汽車領(lǐng)域，市場(chǎng)前景不可限量。鑒于此，GaAs?業(yè)界和汽車業(yè)界的大批廠家已涉足于此。法國(guó)汽車零件制造商Valeo?就曾同GaAs?IC生產(chǎn)廠商Raytheon?表示將合作生產(chǎn)雷達(dá)設(shè)備。?

2.5軍事電子產(chǎn)品市場(chǎng)需求?

軍事應(yīng)用是GaAs?材料的傳統(tǒng)領(lǐng)域。GaAs?工業(yè)能發(fā)展到今天的程度，首先應(yīng)歸?功于早期軍事應(yīng)用的需求牽引。近年來，隨著移動(dòng)通訊的迅速發(fā)展，民用占整個(gè)?GaAs?市場(chǎng)的份額已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過軍用，但軍用市場(chǎng)仍然是一個(gè)重要領(lǐng)域。第一次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克的蘇制雷達(dá)完全被美軍雷達(dá)所屏蔽，在信息戰(zhàn)中處于絕對(duì)被動(dòng)位置，戰(zhàn)斗力大打折扣，曾被稱為“一場(chǎng)GaAs戰(zhàn)勝Si”的戰(zhàn)爭(zhēng)。自MIMIC?計(jì)劃開始，美軍在多種戰(zhàn)術(shù)武器中開始裝備采用GaAs?IC?的設(shè)備，如主力戰(zhàn)機(jī)中裝載GaAs?MMIC?相控陣?yán)走_(dá)，電子戰(zhàn)設(shè)備采用GaAs?器件，多種導(dǎo)彈中裝載GaAs?引信等。在最近的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍數(shù)字化部隊(duì)的出現(xiàn)，表明其GaAs?設(shè)備（如：GPS）裝備部隊(duì)的進(jìn)程加快。隨著這種樣板部隊(duì)的普及，對(duì)GaAs?IC?的需求必將大增。而且，相對(duì)于民用來說，軍用市場(chǎng)相對(duì)可以承受較高的價(jià)格，這也是?2001?年整個(gè)GaAs?市場(chǎng)不景氣時(shí)，主要占據(jù)軍用市場(chǎng)的幾家美國(guó)GaAs?IC?公司效益仍然較好的原因。?

2.6砷化鎵在LED方面的需求市場(chǎng)?

發(fā)光二極管(Light?Emitting?Diode;?LED)是半導(dǎo)體材料制成的組件，也是一種微細(xì)的固態(tài)光源，可將電能轉(zhuǎn)換為光，不但體積小，且壽命長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)電壓低、反應(yīng)速率快、耐震性特佳，能夠配合各種應(yīng)用設(shè)備的輕、薄及小型化之需求，早已成為日常生活中十分普及的產(chǎn)品。LED?的種類繁多，依發(fā)光波長(zhǎng)大致分為可見光與不可見光兩類?？梢姽釲ED?主要以顯示用途為主，又以?亮度1?燭光(cd)作為一般LED?和高亮度LED?之分界點(diǎn)，前者廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)顯示用途，后者則適合于戶外顯示，如汽車煞車燈、戶外信息廣告牌和交通標(biāo)志等；不可見光如紅外線LED?則應(yīng)用在影印紙張尺寸檢知、家電用品遙控器、工廠自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)門、自動(dòng)沖水裝置控制等等。LED?組件在量產(chǎn)過程中，通常依上、中、下游分工。上游主要產(chǎn)品為單芯片及磊芯片，單芯片是原材料的基板，大多為二元的III-V?族化合物半導(dǎo)體材料，如砷化鎵(GaAs)或磷化鎵(GaP)等；磊芯片則已在單晶基板上成長(zhǎng)多層不同厚度之多元材料的單晶薄膜，如AlxGa1-xAs/GaAsAlxGayIn1-x-yP/GaAs、InxGa1-xN/GaN?等結(jié)構(gòu)，常用的技術(shù)有液相外延生成長(zhǎng)法(Liquid?Phase?Epitaxy，LPE)及有機(jī)金屬氣相外延生成長(zhǎng)法(Metal?Organic?Vapor?Phase?Epitaxy，MOVPE)等。中游業(yè)者依組件結(jié)構(gòu)之需求，先在磊芯片上蝕刻及制作電極，再切割為微細(xì)的LED?晶粒，其中使用的制程技術(shù)有:光罩、干或濕式蝕刻、真空蒸鍍及晶粒切割等；下游則屬封裝業(yè)，將晶粒黏著在導(dǎo)線架，再封裝成燈泡型(Lamp)、數(shù)字顯示型(digit?display)、點(diǎn)矩陣型(dot?matrix)或表面黏著型(surface?mount)等成品。發(fā)光二極管系利用各種化合物半導(dǎo)體材料及組件結(jié)構(gòu)的變化，設(shè)計(jì)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫等各顏色，以及紅外、紫外等不可見光LED。

3?.我國(guó)砷化鎵材料發(fā)展趨勢(shì)?

我國(guó)的砷化鎵材料行業(yè)，雖然受到國(guó)家的高度重視，但由于投資強(qiáng)度不足且分散，研究基礎(chǔ)一直比較薄弱，發(fā)展速度緩慢。只是近幾年由于半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)作用，部分民營(yíng)企業(yè)開始涉足這個(gè)行業(yè)，發(fā)展速度有所加快，但也僅限于LED用的低端砷化鎵材料，集成電路和功率器件用的大直徑半絕緣砷化鎵材料還是掌握在少數(shù)國(guó)際大公司手中，國(guó)內(nèi)所用的4-6英寸半絕緣砷化鎵晶片仍然基本全部依賴進(jìn)口。

目前，國(guó)內(nèi)的半絕緣砷化鎵材料，在常規(guī)電學(xué)指標(biāo)上與國(guó)外水平大體相當(dāng)，但是材料的微區(qū)特性、晶片精密加工和超凈清洗封裝方面與國(guó)外差距很大。由于現(xiàn)在國(guó)內(nèi)正處在從多研少產(chǎn)向批量生產(chǎn)過渡的階段，正在逐步解決材料的電學(xué)性能均勻性差、批次間重復(fù)性差等問題，缺乏材料和典型器件關(guān)系驗(yàn)證。另外關(guān)鍵設(shè)備落后也是造成上述局面的原因之一。?

我國(guó)砷化鎵材料發(fā)展趨勢(shì)將主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：?

①?增大晶體直徑，目前發(fā)達(dá)國(guó)家6英寸的半絕緣砷化鎵產(chǎn)品已經(jīng)商用化，國(guó)內(nèi)4英寸產(chǎn)品還沒有實(shí)現(xiàn)商用，這方面差距還比較大；?

②?降低單晶的缺陷密度，特別是位錯(cuò)，提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性；?

③?提高拋光片的表面質(zhì)量，針對(duì)MOCVD和MBE外延需求，提供“開盒即用”（Epi-ready）產(chǎn)品；?

④?研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新工藝，近年國(guó)內(nèi)外VGF砷化鎵生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展很快，已經(jīng)成為砷化鎵材料主流技術(shù)，但核心技術(shù)仍掌握在少數(shù)國(guó)際大公司手中，應(yīng)在VGF設(shè)備和工藝方面加大投入力度。

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