1.國內(nèi)砷化鎵材料發(fā)展現(xiàn)狀
目前中國的砷化鎵材料生產(chǎn)企業(yè)主要以LED用低阻砷化鎵晶片為代表的低端市場為主，利潤率較高的微電子用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、北京國瑞電子材料有限責(zé)任公司、揚州中顯機械有限公司、山東遠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（原國營542廠）等九家。
北京通美是美國AXT獨資子公司，其資金、管理和技術(shù)實力在國內(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?000萬美元，短期內(nèi)國內(nèi)其它各公司還難以和北京通美形成真正的競爭。
中科晶電成立于2006年，主要從事VGF砷化鎵單晶生長和拋光片生產(chǎn)，該公司為民營企業(yè)，總投資為2 500萬美元，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10萬片，2010年月產(chǎn)達到15萬片。該公司是目前國內(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，由中國電子科技集團公司第四十六研究所投資，注冊資本1400萬元，總投入約5 000萬元。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，VB單晶爐60臺，已建成一條完整的單晶生長及拋光片加工生產(chǎn)線，目前月產(chǎn)約為3萬片。 ?中科鎵英公司成立于2001年，晶體生長只有兩臺LEC單晶爐，目前主要在國內(nèi)購買HB或VGF砷化鎵單晶進行拋光片加工，銷售對象主要是國內(nèi)的LED外延企業(yè)，月產(chǎn)約2~3萬片。 ?北京國瑞公司和揚州中顯公司主要生產(chǎn)2～2.5英寸HB砷化鎵單晶，山東遠東公司主要生產(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LED市場，其單晶質(zhì)量、成品率以及整體經(jīng)營狀況都很穩(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行加工。 ?大慶佳昌原主要從事LEC砷化鎵單晶生長，曾生長出8英寸LEC砷化鎵單晶樣品。2009年爭取到政府立項投資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。
新鄉(xiāng)神舟公司主要從事LEC和HB砷化鎵單晶生長，近期開始進行VGF法砷化鎵工藝研究，目前的市場定位還不是很明確，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)，達到所對應(yīng)的光波波長,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，使得對砷化鎵器件和電路的需求量急劇增加，進而極大地增加了對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)市場平均增長近年都在40%?以上，盡管砷化鎵分立器件的市場份額在逐步減少，砷化鎵射頻器件市場仍有30%?的年增長，加之衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和車載雷達用砷化鎵單晶的潛在市場，半絕緣砷化鎵的需求前景非常看好。
2.2?光通訊市場需求?
光纖通信具有高速、大容量、傳輸業(yè)務(wù)信息多的特點，是構(gòu)筑“信息高速公?路”的主干，成為現(xiàn)代信息社會的支柱產(chǎn)業(yè)。而移動通信包括陸基、衛(wèi)星移動通信及全球定位系統(tǒng)，最終實現(xiàn)在任意時間、任意地點與任何通信對象進行通信理想境界，其市場容量十分巨大。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)國外報道，光纖通信模擬GaAs市場近幾年以年均34%的速度增長，到2004?年增長到約16.2?億美元的市場規(guī)模，10?Gb/s?設(shè)備已成為最大的市場。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?標準，頻段為902～928?MHZ，但由于速度僅達到2Mbps，仍未能受到市場過多賞識，1999?年底，IEEE802.11b?標準提出，頻率提高到2.4～2.48GHZ，速率達到11Mbps，市場接受程度大大提高。據(jù)ForwordConcepts?報告，WLAN芯片市場2002年達3.64億美元。在2.4?GHZ?以下頻率時，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?市場需求，Anadigics?收購了RF?Solutions?的GaAs?功放生產(chǎn)線?？梢姡瑹o線局域網(wǎng)的高端傳輸必然對CaAs有很大需求。根據(jù)Strategy?Analytics?預(yù)測，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)施市場占據(jù)75%的份額，每年的需求增長為18%。相比之下，到2009年用于CATV?的半導(dǎo)體市場增長率僅有3%。北美和亞太地區(qū)將推動CATV?基礎(chǔ)設(shè)施增長，占2009?年新數(shù)字有線電視用戶的?89%。這將推動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)市場研究公司Strategy?Analytics?發(fā)表的報告稱，無線局域網(wǎng)GaAs集成電路市場2003年預(yù)計將增長139%，到2008?年的混合年平均增長率將達到21%。交換機和電源放大器是GaAs集成電路增長的主要機會。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，全部無線局域網(wǎng)交換機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)每個系統(tǒng)最多可采用2?個交換機。全球5GHz無線局域網(wǎng)運營的統(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GaAs集成電路市場的增長。Strategy?Analytics?的高級分析師Asif?Anwar?在聲明中稱，電源放大器將是這個市場的亮點。整個射頻（RF）和與802.11相關(guān)的芯片，包括電源放大器和交換機，在2003年的銷售收入將從2002年的4.87億美元增長到6.37億美元。到2008年，802.11a/g?雙頻段組合設(shè)備將占整個出貨量的75%。
2.4汽車電子產(chǎn)品市場需求?
據(jù)統(tǒng)計，我國每年因交通事故死亡人數(shù)達九萬人，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已成必然趨勢。?汽車防撞雷達一般采用毫米波段，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。一旦GaAs?器件進入量產(chǎn)的汽車領(lǐng)域，市場前景不可限量。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)雷達設(shè)備。?
2.5軍事電子產(chǎn)品市場需求?
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，隨著移動通訊的迅速發(fā)展，民用占整個?GaAs?市場的份額已遠遠超過軍用，但軍用市場仍然是一個重要領(lǐng)域。第一次海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克的蘇制雷達完全被美軍雷達所屏蔽，在信息戰(zhàn)中處于絕對被動位置，戰(zhàn)斗力大打折扣，曾被稱為“一場GaAs戰(zhàn)勝Si”的戰(zhàn)爭。自MIMIC?計劃開始，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)機中裝載GaAs?MMIC?相控陣雷達，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)爭中，美軍數(shù)字化部隊的出現(xiàn)，表明其GaAs?設(shè)備（如：GPS）裝備部隊的進程加快。隨著這種樣板部隊的普及，對GaAs?IC?的需求必將大增。而且，相對于民用來說，軍用市場相對可以承受較高的價格，這也是?2001?年整個GaAs?市場不景氣時，主要占據(jù)軍用市場的幾家美國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?
發(fā)光二極管(Light?Emitting?Diode;?LED)是半導(dǎo)體材料制成的組件，也是一種微細的固態(tài)光源，可將電能轉(zhuǎn)換為光，不但體積小，且壽命長、驅(qū)動電壓低、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，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、工廠自動檢測、自動門、自動沖水裝置控制等等。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)有液相外延生成長法(Liquid?Phase?Epitaxy，LPE)及有機金屬氣相外延生成長法(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)計出紅、橙、黃、綠、藍、紫等各顏色，以及紅外、紫外等不可見光LED。
3?.我國砷化鎵材料發(fā)展趨勢?
我國的砷化鎵材料行業(yè)，雖然受到國家的高度重視，但由于投資強度不足且分散，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)的拉動作用，部分民營企業(yè)開始涉足這個行業(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)國際大公司手中，國內(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口。
目前，國內(nèi)的半絕緣砷化鎵材料，在常規(guī)電學(xué)指標上與國外水平大體相當，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外差距很大。由于現(xiàn)在國內(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。?
我國砷化鎵材料發(fā)展趨勢將主要體現(xiàn)在以下幾個方面：?
①?增大晶體直徑，目前發(fā)達國家6英寸的半絕緣砷化鎵產(chǎn)品已經(jīng)商用化，國內(nèi)4英寸產(chǎn)品還沒有實現(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，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)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新工藝，近年國內(nèi)外VGF砷化鎵生長技術(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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