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砷化镓材料国内外市场供应现状及主要需求

1 国内外砷化镓材料发展现状

半绝缘砷化镓材料主要用于高频通信器件，受到近年民用无线通信市场尤其是手机市场的拉动，半绝缘砷化镓材料的市场规模也出现了快速增长的局面。2003～2008年，半绝缘砷化镓市场需求增长了54%。目前微电子用砷化镓晶片市场主要掌握在日本住友电工（Sumitomo Electric）、费里伯格（Freiberger Compound Materials ）、日立电线（Hitachi Cable）和美国AXT等四家大公司手中。主要以生产4、6英寸砷化镓材料为主。费里伯格公司供应LEC法生长的3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底，供应VGF法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。住友供应VB法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。日立电线供应LEC法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。AXT供应VGF法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。

表1 国际砷化镓材料主要生产厂商

目前中国的砷化镓材料生产企业主要以LED用低阻砷化镓晶片为代表的低端市场为主，利润率较高的微电子用4～6英寸半绝缘晶片还没有形成产业规模。中国大陆从事砷化镓材料研发与生产的公司主要有：北京通美晶体技术有限公司（AXT）、中科晶电信息材料（北京）有限公司、天津晶明电子材料有限责任公司（中电集团46研究所）、北京中科镓英半导体有限公司、北京国瑞电子材料有限责任公司、扬州中显机械有限公司、山东远东高科技材料有限公司、大庆佳昌科技有限公司、新乡神舟晶体科技发展有限公司（原国营542厂）等九家。

北京通美是美国AXT独资子公司，其资金、管理和技术实力在国内砷化镓材料行业首屈一指，产品主要以VGF法4、6英寸半绝缘砷化镓材料为主。其在高纯镓、高纯砷、高纯锗以及氮化硼坩埚等方面均有投资，有效地控制了公司成本，2009年销售收入8 000万美元，短期内国内其它各公司还难以和北京通美形成真正的竞争。

中科晶电成立于2006年，主要从事VGF砷化镓单晶生长和抛光片生产，该公司为民营企业，总投资为2 500万美元，在高纯砷和高纯镓方面也已投资建厂。2009年月产2英寸砷化镓晶片10万片，2010年月产达到15万片。该公司是目前国内发展速度最快的砷化镓企业。

天津晶明公司成立于2007年，由中国电子科技集团公司第四十六研究所投资，注册资本1400万元，总投入约5 000万元。主要产品为2英寸LED用VB法低阻砷化镓晶体及抛光片，兼顾少量3~4英寸半绝缘砷化镓单晶材料。目前拥用LEC单晶炉4台，VB单晶炉60台，已建成一条完整的单晶生长及抛光片加工生产线，目前月产约为3万片。

中科镓英公司成立于2001年，晶体生长只有两台LEC单晶炉，目前主要在国内购买HB或VGF砷化镓单晶进行抛光片加工，销售对象主要是国内的LED外延企业，月产约2~3万片。

北京国瑞公司和扬州中显公司主要生产2～2.5英寸HB砷化镓单晶，山东远东公司主要生产2英寸LEC（或称LEVB）砷化镓单晶，这三家公司的产品主要针对LED市场，其单晶质量、成品率以及整体经营状况都很稳定。这三家公司目前都没有晶片加工工序，只能将单晶卖给其它公司进行加工。

大庆佳昌原主要从事LEC砷化镓单晶生长，曾生长出8英寸LEC砷化镓单晶样品。2009年争取到政府立项投资1.3亿元，转向以VGF工艺生产LED用低阻砷化镓材料，目前已完成厂房建设和小试生产，其产品定位主要在4英寸市场。

新乡神舟公司主要从事LEC和HB砷化镓单晶生长，近期开始进行VGF法砷化镓工艺研究，目前的市场定位还不是很明确，主要以承担军工科研任务为主。

表2 国内砷化镓材料主要生产企业

2、砷化镓应用领域及市场需求

2．1 砷化镓应用领域概述

砷化镓半导体材料与传统的硅材料相比，它的电子移动率约为硅材料的5 . 7 倍,。它具有很高的电子迁移率、宽禁带、直接带隙，消耗功率低的特性。因此,广泛运用於高频及无线通讯(主要为超过1 G H z 以上的频率).适于制做IC 器件。所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于激光器、无线通信、光纤通信、移动通信、GPS 全球导航等领域。砷化镓除在I C 产品应用以外,也可加入其它元素改变能带隙及其产生光电反应，达到所对应的光波波长,制作成光电元件。由此

可以看出，砷化镓材料的应用领域主要分为微电子领域和光电子领域。在微电子领域中，使用的化合物半导体材料属于高端产品，主要用于制作无线通讯（卫星通讯、移动通讯）、光纤通讯、汽车电子等用的微波器件。在光电子领域中，使用的化合物半导体材料属于低端产品，主要用于制作发光二极管、激光器及其它光电子器件。无线通讯、光纤通讯、汽车电子等领域的高速发展，使得对砷化镓器件和电路的需求量急剧增加，进而极大地增加了对半绝缘砷化镓材料的需求量。作为半绝缘砷化镓下游产业的砷化镓集成电路业市场平均增长近年都在40% 以上，尽管砷化镓分立器件的市场份额在逐步减少，砷化镓射频器件市场仍有30% 的年增长，加之卫星通讯系统和车载雷达用砷化镓单晶的潜在市场，半绝缘砷化镓的需求前景非常看好。

”

2． 2 光通讯市场需求

光纤通信具有高速、大容量、传输业务信息多的特点，是构筑“信息高速公路”的主干，成为现代信息社会的支柱产业。而移动通信包括陆基、卫星移动通

信及全球定位系统，最终实现在任意时间、任意地点与任何通信对象进行通信理想境界，其市场容量十分巨大。光纤通信中，大于2.5G 比特/秒的光通信传输系统，其光通信收发系统均需采用 GaAs 超高速专用电路。光通信发展极为迅速，据国外报道，光纤通信模拟GaAs市场近几年以年均34%的速度增长，到2004 年增长到约16.2 亿美元的市场规模，10 Gb/s 设备已成为最大的市场。在10 Gb/s、40 Gb/s 系统中所用的器件和集成电路，包括激光驱动电路、MUX、DEMUX、跨阻放大器、限谱放大器等，GaAs 材料将占据重要位置。

2．3无线局域网（WLAN）市场需求

WLAN 的概念虽提出较早，但由于技术的障碍一直未得到发展，直到90 年代初方获得较多的关切，并产生了IEEE802.11 标准，频段为902～928 MHZ，但由于速度仅达到2Mbps，仍未能受到市场过多赏识，1999 年底，IEEE802.11b 标准提出，频率提高到2.4～2.48GHZ，速率达到11Mbps，市场接受程度大大提高。据ForwordConcepts 报告，WLAN芯片市场2002年达3.64亿美元。在2.4 GHZ 以下频率时，使用SiGe 乃至SiBiCMOS 即可，而5GHZ 以上的芯片，则以GaAs IC 为佳，如：Ratheon、Envara 等公司开发的芯片均采用GaAs 材料。为尽快满足WLAN 市场需求，Anadigics 收购了RF Solutions 的GaAs 功放生产线。可见，无线局域网的高端传输必然对CaAs有很大需求。根据Strategy Analytics 预测，在可预见的将来，数字有线电视（CATV）服务将需要基于砷化镓（GaAs）的高端基础设施元器件。到2009 年，以GaAs 为基础的MMIC 和混合器件将在CATV 基础设施市场占据75%的份额，每年的需求增长为18%。相比之下，到2009年用于CATV 的半导体市场增长率仅有3%。北美和亚太地区将推动CATV 基础设施增长，占2009 年新数字有线电视用户的89%。这将推动CATV 网络中system amplifier 和line extender 的需求，它们使用混合硅和砷化镓的部件。据市场研究公司Strategy Analytics 发表的报告称，无线局域网GaAs集成电路市场2003年预计将增长139%，到2008 年的混合年平均增长率将达到21%。交换机和电源放大器是GaAs 集成电路增长的主要机会。到2008 年，GaAs电源放大器将占1.77亿件GaAs集成电路出货量的67%。因此，Strategy Analytics预测，全部无线局域网交换机集成电路都将使用砷化镓技术，覆盖5GHz和2.4Ghz频率的双频段系统每个系统最多可采用2 个交换机。全球5GHz无线局域网运营的统一以及迅速向采用802.11a/g 组合设备的双频段系统过渡，将促进GaAs集成电路市场的增长。Strategy Analytics 的高级分析师Asif Anwar 在声明中称，电源放大器将是这个市场的亮点。整个射频（RF）和与802.11相关的芯片，包括电源放大器和交换机，在2003年的销售收入将从2002年的4.87亿美元增长到6.37亿美元。到2008年，802.11a/g 双频段组合设备将占整个出货量的75%。

2．4 汽车电子产品市场需求

据统计，我国每年因交通事故死亡人数达九万人，损失愈百亿元，已成为工伤事故的第一杀手。为避免交通事故的发生，在汽车中安装防撞雷达已成必然趋势。汽车防撞雷达一般采用毫米波段，在这些波段范围内，最适合的器件是GaAs IC。可以看出，随着技术的成熟、成本的降低，汽车防撞雷达由豪华轿车向大量生产的中、低档轿车发展，乃是必然趋势。一旦GaAs 器件进入量产的汽车领域，市场前景不可限量。鉴于此，GaAs 业界和汽车业界的大批厂家已涉足于此。法国汽车零件制造商Valeo 就曾同GaAs IC生产厂商Raytheon 表示将合作生产雷达设备。

2．5 军事电子产品市场需求

军事应用是GaAs 材料的传统领域。GaAs 工业能发展到今天的程度，首先应归功于早期军事应用的需求牵引。近年来，随着移动通讯的迅速发展，民用占整个GaAs 市场的份额已远远超过军用，但军用市场仍然是一个重要领域。第一次海湾战争中，伊拉克的苏制雷达完全被美军雷达所屏蔽，在信息战中处于绝对被动位置，战斗力大打折扣，曾被称为“一场GaAs战胜Si”的战争。自MIMIC 计划开始，美军在多种战术武器中开始装备采用GaAs IC 的设备，如主力战机中装载GaAs MMIC 相控阵雷达，电子战设备采用GaAs 器件，多种导弹中装载GaAs 引信等。在最近的伊拉克战争中，美军数字化部队的出现，表明其GaAs 设备（如：GPS）装备部队的进程加快。随着这种样板部队的普及，对GaAs IC 的需求

必将大增。而且，相对于民用来说，军用市场相对可以承受较高的价格，这也是2001 年整个GaAs 市场不景气时，主要占据军用市场的几家美国GaAs IC 公司效益仍然较好的原因。

2.6砷化镓在LED方面的需求市场

发光二极管(Light Emitting Diode; LED)是半导体材料制成的组件，也是一种微细的固态光源，可将电能转换为光，不但体积小，且寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳，能够配合各种应用设备的轻、薄及小型化之需求，早已成为日常生活中十分普及的产品。LED 的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。可见光LED 主要以显示用途为主，又以亮度1 烛光(cd)作为一般LED 和高亮度LED 之分界点，前者广泛应用于各种室内显示用途，后者则适合于户外显示，如汽车煞车灯、户外信息广告牌和交通标志等；不可见光如红外线LED 则应用在影印纸张尺寸检知、家电用品遥控器、工厂自动检测、自动门、自动冲水装置控制等等。LED 组件在量产过程中，通常依上、中、下游分工。上游主要产品为单芯片及磊芯片，单芯片是原材料的基板，大多为二元的III-V 族化合物半导体材料，如砷化镓(GaAs)或磷化镓(GaP)等；磊芯片则已在单晶基板上成长多层不同厚度之多元材料的单晶薄膜，如

AlxGa1-xAs/GaAsAlxGayIn1-x-yP/GaAs、InxGa1-xN/GaN 等结

构，常用的技术有液相外延生成长法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)及有机金属气相外延生成长法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy，MOVPE)等。中游业者依组件结构之需求，先在磊芯片上蚀刻及制作电极，再切割为微细的LED 晶粒，其中使用的制程技术有:光罩、干或湿式蚀刻、真空蒸镀及晶粒切割等；下游则属封装业，将晶粒黏着在导线架，再封装成灯泡型(Lamp)、数字显示型(digit display)、点矩阵型(dot matrix)或表面黏着型(surface mount)等成品。发光二极管系利用各种化合物半导体材料及组件结构的变化，设计出红、橙、黄、绿、蓝、紫等各颜色，以及红外、紫外等不可见光LED。

3 我国砷化镓材料发展趋势

我国的砷化镓材料行业，虽然受到国家的高度重视，但由于投资强度不足且分散，研究基础一直比较薄弱，发展速度缓慢。只是近几年由于半导体照明产业的拉动作用，部分民营企业开始涉足这个行业，发展速度有所加快，但也仅限于LED用的低端砷化镓材料，集成电路和功率器件用的大直径半绝缘砷化镓材料还是掌握在少数国际大公司手中，国内所用的4-6英寸半绝缘砷化镓晶片仍然基本全部依赖进口。

目前，国内的半绝缘砷化镓材料，在常规电学指标上与国外水平大体相当，但是材料的微区特性、晶片精密加工和超净清洗封装方面与国外差距很大。由于现在国内正处在从多研少产向批量生产过渡的阶段，正在逐步解决材料的电学性能均匀性差、批次间重复性差等问题，缺乏材料和典型器件关系验证。另外关键设备落后也是造成上述局面的原因之一。

我国砷化镓材料发展趋势将主要体现在以下几个方面：

①增大晶体直径，目前发达国家6英寸的半绝缘砷化镓产品已经商用化，国内4英寸产品还没有实现商用，这方面差距还比较大；

②降低单晶的缺陷密度，特别是位错，提高材料的电学和光学微区均匀性；

③提高抛光片的表面质量，针对MOCVD和MBE外延需求，提供“开盒即用”（Epi-ready）产品；

④研发具有自主知识产权的新工艺，近年国内外VGF砷化镓生长技术发展很快，已经成为砷化镓材料主流技术，但核心技术仍掌握在少数国际大公司手中，应在VGF设备和工艺方面加大投入力度。