砷化镓材料国内外现状及发展趋势
砷化镓

镓镓在地壳中的含量不算太少,约占十万分之二,比锡还多。
可是,提炼镓却比提炼锡困难得多,这是因为镓在大自然中很分散,没有形成集中的镓矿。
平时,在某些煤灰、铁矿、锑铅矿、铜矿中,含有少量镓。
镓在常温下,看上去象一块锡,如果你想把它放在手心里,它马上就熔化了,成为银亮的小珠。
原来镓的熔点很低,只有29.8℃。
镓的熔点虽然很低,可是沸点却非常高,竟高达2070℃!人们就利用镓的这个特性来制造测量高温的温度计,人们常用这种温度计来测量反应炉、原子反应堆的温度。
镓具有较好的铸造特性,由于它“热缩冷胀”,被用来制造铅字合金,使字体清晰。
在原子能工业中,用镓作为热传导介质,把反应堆中的热量传导出来。
镓与许多金属,如铋、铅、锡、镉,铟、铊等,生成熔点低于60℃的易熔合金。
其中如含铟25%的镓铟合金(熔点16℃),含锡8%的镓锡合金(熔点20℃),可以用在电路熔断器和各种保险装置上,温度一高,它们就会自动熔化断开,起到安全保险的作用。
砷化镓(gallium arsenide)化学式 GaAs。
黑灰色固体,熔点 1238℃。
它在600℃以下,能在空气中稳定存在,并且不为非氧化性的酸侵蚀。
砷化镓可作半导体材料,性能比硅更优良。
它的禁带宽度大,电子迁移率高,介电常数小,能引入深能级杂质,电子有效质量小,能带结构特殊,具有双能谷导带,可以制备发光器件、半导体激光器、微波体效应器件、太阳能电池和高速集成电路等,广泛用于雷达、电子计算机、人造卫星、宇宙飞船等尖端技术中。
GaAs拥有一些比Si还要好的电子特性,如高的饱和电子速率及高的电子移动率,使得GaAs可以用在高于250 GHz的场合。
如果等效的GaAs和Si元件同时都操作在高频时,GaAs会拥有较少的噪声。
也因为GaAs有较高的崩溃电压,所以GaAs比同样的Si元件更适合操作在高功率的场合。
因为这些特性,GaAs电路可以运用在移动电话、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方。
砷化镓研究报告

砷化镓研究报告砷化镓研究报告砷化镓简介•砷化镓是一种半导体材料,具有广泛应用前景。
•砷化镓具有优异的电子特性和光电特性,适用于多种应用领域。
砷化镓的制备方法•气相外延法•分子束外延法•金属有机化学气相沉积法砷化镓的性质和特点•高电子迁移率•高饱和漂移速度•强耐辐照性•宽的能带隙•优异的导电性和光电特性砷化镓的应用领域1.电子器件•高频功率放大器•混频器•高速开关2.光电子器件•光电探测器•激光器•光电发射器3.太阳能电池4.无线通信领域•5G通信•卫星通信砷化镓研究的进展和挑战•砷化镓在电子器件领域具有广泛应用,但仍面临一些挑战和问题。
•应继续研究砷化镓材料的改性和优化方法,以提高其性能和稳定性。
结论•砷化镓作为一种重要的半导体材料,在电子器件和光电子器件领域有着广泛的应用前景。
•砷化镓的研究将会继续推动半导体技术的发展,为现代科技的进步做出贡献。
以上是关于砷化镓研究报告的相关内容,希望对读者了解砷化镓及其应用领域有所帮助。
砷化镓研究报告砷化镓简介•砷化镓是一种半导体材料,具有广泛应用前景。
•砷化镓具有优异的电子特性和光电特性,适用于多种应用领域。
砷化镓的制备方法•气相外延法•分子束外延法•金属有机化学气相沉积法砷化镓的性质和特点•高电子迁移率•高饱和漂移速度•强耐辐照性•宽的能带隙•优异的导电性和光电特性砷化镓的应用领域1. 电子器件•高频功率放大器•混频器•高速开关2. 光电子器件•光电探测器•激光器•光电发射器3. 太阳能电池4. 无线通信领域•5G通信•卫星通信砷化镓研究的进展和挑战•砷化镓在电子器件领域具有广泛应用,但仍面临一些挑战和问题。
•目前的研究重点是改进砷化镓的制备方法,提高其晶体质量和成膜速度。
•同时还需要研究砷化镓材料的稳定性和可靠性,以确保其长期稳定工作。
结论•砷化镓作为一种重要的半导体材料,在电子器件和光电子器件领域有着广泛的应用前景。
•砷化镓的研究将会继续推动半导体技术的发展,为现代科技的进步做出贡献。
LED外延片技术发展趋势及工艺

LED外延片技术发展趋势及工艺一、材料方面:1.砷化镓外延片:砷化镓外延片是目前最常用的LED外延片材料,具有优异的光电性能和高效的电荷注入。
未来的发展趋势是提高砷化镓外延片的晶体质量,降低晶格失配和缺陷密度,以提高LED器件的发光效率和可靠性。
2.氮化镓外延片:氮化镓外延片是近年来新兴的LED外延片材料,具有宽带隙和高饱和电子迁移率等优点。
未来的发展趋势是进一步提高氮化镓外延片的制备工艺,降低杂质浓度和缺陷密度,以提高LED器件的发光效率和长寿命性能。
3.磷化铟外延片:磷化铟外延片是用于红/红橙光LED器件的关键材料,具有较高的发光效率和色纯度。
未来的发展趋势是进一步提高磷化铟外延片的晶体生长质量,改善杂质分布和缺陷密度,以提高LED器件的色纯度和发光效率。
二、技术方面:1.多量子阱技术:多量子阱技术是提高LED器件发光效率的重要途径,通过在外延片中构建多层次的量子阱结构,可以增加电荷载流子的约束,提高注入效率和辐射复合率。
2.柱状量子结构技术:柱状量子结构技术是提高LED器件发光强度和发光波长可调性的重要途径,通过在外延片中形成柱状结构,可以实现光的强烈约束和增强发光效率。
3.纳米结构技术:纳米结构技术是实现高效LED器件和全彩光电显示的关键技术,通过控制外延片中的纳米尺度结构,可以改善载流子限制和辐射复合效率,进一步提高LED器件的发光效率和色纯度。
三、工艺方面:1.MOCVD外延技术:金属有机化学气相沉积(MOCVD)是制备高质量LED外延片的主要工艺方法,未来的发展趋势是进一步提高MOCVD工艺的控制精度和均匀性,以获得更好的结晶质量和量子阱结构。
2.激光剥离技术:激光剥离技术是实现LED外延片的快速转移的关键技术,通过激光切割外延片和衬底之间的键合层,可以将外延片转移到其他材料上,实现快速制备和大面积生产。
3.外延薄化技术:外延薄化技术是实现LED器件超薄化的重要工艺,通过控制外延片的厚度,可以降低光散逸和损失,并提高器件的光输出效率和亮度。
砷化镓材料

砷化镓材料1 引言化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初,最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。
1952年,德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究,并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。
五十多年来,化合物半导体材料的研究取得了巨大进展,在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。
砷化镓(GaAs)材料是目前生产量最大、应用最广泛,因而也是最重要的化合物半导体材料,是仅次于硅的最重要的半导体材料。
由于其优越的性能和能带结构,使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。
目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中,与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。
2 砷化镓材料的性质及用途砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构,导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心,即K=0处,这使其具有较高的电光转换效率,是制备光电器件的优良材料。
在300 K时,砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV,远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV,因此,砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。
砷化镓(GaAs)材料与传统的硅半导体材料相比,它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性,电子迁移率约为硅材料的5.7倍。
因此,广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。
所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件,通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。
除在I C产品应用以外,砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应,制成半导体发光器件,还可以制做砷化镓太阳能电池。
表1 砷化镓材料的主要用途3 砷化镓材料制备工艺从20世纪50年代开始,已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。
目前主流的工业化生长工艺包括:液封直拉法(LEC)、水平布里其曼法(HB)、垂直布里其曼法(VB)以及垂直梯度凝固法(VGF)等。
砷化镓研究报告(一)

砷化镓研究报告(一)砷化镓研究报告1. 简介在本篇研究报告中,我们将重点关注砷化镓的相关研究,探讨其特性、应用以及未来的发展方向。
2. 特性•高电子迁移率:砷化镓是一种具有高电子迁移率的半导体材料,具备优异的导电性能。
•宽带隙:砷化镓具有较大的能隙,使其在高频器件和光电子器件中具有独特的优势。
•高效率:利用砷化镓制造的器件,如太阳能电池和激光器,能够实现高效能的能量转换。
•热稳定性:相比其他材料,砷化镓在高温环境下表现出更好的稳定性和可靠性。
3. 应用领域砷化镓材料在许多领域都有广泛的应用,包括但不限于以下几个方面:3.1 光电子器件•高性能激光器•高亮度LED•高速光通信器件3.2 太阳能电池•高效率多接触太阳能电池•高效率多结太阳能电池3.3 射频器件•高频功率放大器•高速开关4. 未来发展方向砷化镓作为一种重要的半导体材料,在未来的发展中有着巨大的潜力。
以下是我们对砷化镓发展方向的一些建议:4.1 器件性能提升不断提高砷化镓器件的性能,如电子迁移率、发光效率等,以满足不断变化的市场需求。
4.2 新应用的探索探索砷化镓在新兴领域的应用潜力,如量子计算、人工智能等,以拓展砷化镓的市场份额。
4.3 减少成本通过技术创新和工艺改进,降低砷化镓材料的生产成本,以提高其市场竞争力。
结论砷化镓作为一种具有优异特性的半导体材料,在光电子器件、太阳能电池、射频器件等领域都有广泛的应用。
未来,我们应不断提高砷化镓器件的性能、探索新应用,并减少其生产成本,以进一步促进其发展。
5. 参考文献•Smith, J., & Johnson, R. (2010). Advances in Gallium Arsenide Research. Journal of Advanced Materials,22(4), .•Brown, A., & Lee, C. (2015). Gallium Arsenide in Optoelectronics: Overview and Recent Advances. OpticsExpress, 23(11), .•Zhang, Y., & Xu, B. (2018). GaAs-Based Solar Cells: Characteristics, Performance, and Prospects. Renewable Energy, 127, .•Di Carlo, A., & Forni, G. (2019). Gallium Arsenide Devices for High-Frequency Applications: Challenges and Opportunities. IEEE Journal of Solid-State Circuits,54(3), .以上是一些关于砷化镓研究的主要参考文献,供读者深入了解该材料的特性、应用和未来发展方向。
砷化镓

产业发展存在的问题
1
2 制备费用高居不下
砷有毒,一般的企业不愿投产
3
4
构造隧道结和阻止p/n结难度大
追日跟踪系统实施有难度 政策不明确,多晶· 硅依赖进口
5
解决方案:
.广大的相关科研机构 合作攻关,做好镓的高 纯提取
国家策支持明细化鼓 励各地新建光伏电站 采用砷化镓光伏电池
对策
加大技术攻关,简化制 备工艺,减小电池系统 复杂度,降低电池制备 耗费
提高工厂生产的智能化、 自动化,减少生产直接 接触人员
应用情况:
砷化镓器件主要包括光电器件和微波器 件两大类。砷化镓以及其他Ⅲ-Ⅴ族化合 物具有直接跃迁的能带结构,在光电应 用方面处于有利的地位。
砷化镓太阳能电池
国内、外应用:
70 年代中期至 90 年代中期 90 年代中期
国内均采用L PE技术研制GaAs 电池。 国内开始采用MOCVD 技术研制GaAs 电池。
20世纪60年代
20世纪70年代
世纪80年代后
性质与属性:
砷化镓材料的分类:
1. 按照应用领域不同分类 :分为半绝缘砷化镓材料和低阻砷化镓材料。
• 第一类为半绝缘砷化镓材料约占整个GaAs 单晶材料市场需求的40 % 左右,主要用于微波场效应器件(FET)、模拟集成电路、数字集成 电路、光电子集成电路(OEIC)。 • 第二类为低阻(掺杂半导体)砷化镓材料,约占GaAs 材料的64%。 主要用于发光二极管(LED)、激光器、太阳能电池光电探测器 (PD)、微波二极管等器件。 2. 按照工艺方法不同的分类: 目前国内常用的砷化镓晶体生长方法有三种,LEC法(俗称为直拉)、 HB法(俗称为水平法)和VB法或VGF法(俗称为垂直)。
砷化镓太阳能电池发展趋势

转化效率
砷化镓(GaAs)III-V化合物电池的转换效率可达28%,GaAs化合物材料具有十分理想 的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感,适合于制造高效 单结电池。
砷化镓太阳能电池的发展趋势
目前的发展情况
在2008年,全球的砷化镓电池的生产取得突破性的发展,4 月,作为砷化镓生产的全球主要厂家之一SpectroLab,获 得350兆瓦,9300万美元(1000倍聚光)的电站订单。
制备方法
砷化镓需要采用磊晶技术制造,这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸,比硅晶圆的 12英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台,同时砷化镓原材料成本高出硅很多, 最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种,一种是化学的MOCVD,一 种是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术, 其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错,反应压力,III-V比率,总流量等 诸多参数的影响。 GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。 用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ,产品耐高温和辐射, 但生产成本高,产量受限,目前主要作空间电源用。
2007年8月开始,由于聚光技术的采用,砷化镓电池从卫星 上的使用转变为聚光的太阳能发电站的规模应用。为此, Emcore公司花了1000万美元,将产能增加到目前的每年 150兆瓦。 在东亚地区,也有初步的生产推广,2008年5月,韩国电站 就接到70兆瓦,2800万美元(500倍聚光)的订单。
目前应用
砷化镓太阳能电池发展趋势
目录
一、砷化镓太阳能电池简介 定义及制造方法 制备方法 转化效率 二、砷化镓太阳能电池的发展趋势 目前发展情况 目前应用 发展趋势和壁垒
2024年砷化镓市场分析现状

砷化镓市场分析现状引言砷化镓是一种重要的半导体材料,具有优异的电学性能和光电性能,广泛应用于光电子、半导体器件、光纤通信等领域。
本文将对砷化镓市场的现状进行分析,并展望未来的发展趋势。
砷化镓市场规模及发展动态根据市场调研公司的数据显示,全球砷化镓市场规模在过去几年保持了稳健增长的态势。
砷化镓市场的发展主要受到电子产品需求、通信市场扩张、新能源汽车等多个因素的影响。
电子产品需求推动砷化镓市场增长随着移动互联网的快速发展,智能手机、平板电脑等电子产品的需求不断增加,这直接推动了砷化镓市场的增长。
砷化镓材料被广泛用于高频和高功率器件的制造,如射频功率放大器和高速开关等。
其中,射频功率放大器在手机基带解调器和射频前端模块中扮演着重要的角色,对砷化镓的需求量大。
通信市场扩张带动砷化镓市场需求增加5G通信的快速发展也是砷化镓市场增长的重要推动因素。
砷化镓材料在5G射频前端模块中具有重要作用,其高频性能和能耗特性优于其他材料。
随着5G通信网络的建设和规模化商用,砷化镓市场将迎来更广阔的发展空间。
新能源汽车市场增长催化砷化镓需求随着全球对节能环保的需求不断提高,新能源汽车市场逐渐崛起。
砷化镓在新能源汽车电动驱动系统、高效充电器等方面具有广泛应用。
预计随着新能源汽车市场的不断扩大,对砷化镓的需求也将持续增长。
砷化镓市场供应链及竞争格局砷化镓市场的供应链主要包括砷化镓原材料供应商、芯片制造商和终端产品制造商。
目前,全球砷化镓市场竞争激烈,主要的制造商集中在亚洲地区。
砷化镓原材料供应商砷化镓原材料供应商主要集中在美国、中国和日本等地。
其中,美国是全球砷化镓原料的主要产地,拥有丰富的砷资源。
中国和日本等地也有一些知名的砷化镓原料供应商,为市场的稳定供应提供了保障。
芯片制造商砷化镓市场的芯片制造商主要集中在亚洲地区,特别是台湾、韩国和中国。
这些地区拥有成熟的半导体制造技术和产业链,为砷化镓芯片的生产提供了良好的基础。
同时,这些地区的企业还积极推动技术创新和产品升级,提高了产品的竞争力。
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砷化镓材料国内外现状及发展趋势中国电子科技集团公司第四十六研究所纪秀峰1 引言化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初,最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。
1952年,德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究,并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。
五十多年来,化合物半导体材料的研究取得了巨大进展,在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。
砷化镓(GaAs)材料是目前生产量最大、应用最广泛,因而也是最重要的化合物半导体材料,是仅次于硅的最重要的半导体材料。
由于其优越的性能和能带结构,使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。
目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中,与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。
2 砷化镓材料的性质及用途砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构,导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心,即K=0处,这使其具有较高的电光转换效率,是制备光电器件的优良材料。
在300 K时,砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV,远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV,因此,砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。
砷化镓(GaAs)材料与传统的硅半导体材料相比,它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性,电子迁移率约为硅材料的5.7倍。
因此,广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。
所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件,通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。
除在I C产品应用以外,砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应,制成半导体发光器件,还可以制做砷化镓太阳能电池。
表1 砷化镓材料的主要用途3 砷化镓材料制备工艺从20世纪50年代开始,已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。
目前主流的工业化生长工艺包括:液封直拉法(LEC)、水平布里其曼法(HB)、垂直布里其曼法(VB)以及垂直梯度凝固法(VGF)等。
3.1液封直拉法(Liquid Encapsulated Czochralski,简称LEC)LEC法是生长非掺半绝缘砷化镓单晶(SI GaAs)的主要工艺,目前市场上80%以上的半绝缘砷化镓单晶是采用LEC法生长的。
LEC法采用石墨加热器和PBN坩埚,以B2O3作为液封剂,在2MPa的氩气环境下进行砷化镓晶体生长。
LEC工艺的主要优点是可靠性高,容易生长较长的大直径单晶,晶体碳含量可控,晶体的半绝缘特性好。
其主要缺点是:化学剂量比较难控制、热场的温度梯度大(100~150 K/cm)、晶体的位错密度高达104以上且分布不均匀。
日本日立电线公司于1998年首先建立了6英寸LEC砷化镓单晶生产线,该公司安装了当时世界上最大的砷化镓单晶炉,坩埚直径400mm,投料量50公斤,生长的6英寸单晶长度达到350 mm。
德国Freiberger公司于2000年报道了世界上第一颗采用LEC工艺研制的8英寸砷化镓单晶。
3.2 水平布里其曼法(Horizontal Bridgman,简称HB)HB法是曾经是大量生产半导体(低阻)砷化镓单晶(SC GaAs)的主要工艺,使用石英舟和石英管在常压下生长,可靠性和稳定性高。
HB法的优点是可利用砷蒸汽精确控制晶体的化学剂量比,温度梯度小从而达到降低位错的目的。
HB砷化镓单晶的位错密度比LEC 砷化镓单晶的位错密度低一个数量级以上。
主要缺点是难以生长非掺杂的半绝缘砷化镓单晶,所生长的晶体界面为D形,在加工成晶片过程中将造成较大的材料浪费。
同时,由于高温下石英舟的承重力所限,难以生长大直径的晶体。
目前采用HB工艺工业化大量生产的主要是2英寸和3英寸晶体,报道的HB法砷化镓最大晶体直径为4英寸。
目前采用HB工艺进行砷化镓材料生产的公司已经不多,随着VB和VGF工艺的日渐成熟,HB工艺有被逐渐取代的趋势。
3.3 垂直布里其曼法(Vertical Bridgman,简称VB)VB法是上世纪80年代末开始发展起来的一种晶体生长工艺,将合成好的砷化镓多晶、B2O3以及籽晶装入PBN坩埚并密封在抽真空的石英瓶中,炉体垂直放置,采用电阻丝加热,石英瓶垂直放入炉体中间。
高温下将砷化镓多晶熔化后与籽晶进行熔接,然后通过机械传动机构由支撑杆带动石英瓶与坩埚向下移动,在一定的温度梯度下,单晶从籽晶端开始缓慢向上生长。
VB法即可以生长低阻砷化镓单晶,也可以生长高阻半绝缘砷化镓单晶。
晶体的平均EPD在5 000个/cm-2以下。
3.4 垂直梯度凝固法(Vertical Gradient Freeze,简称VGF)VGF工艺与VB工艺的原理和应用领域基本类似。
其最大区别在于VGF法取消了晶体下降走车机构和旋转机构,由计算机精确控制热场进行缓慢降温,生长界面由熔体下端逐渐向上移动,完成晶体生长。
这种工艺由于取消了机械传动机构,使晶体生长界面更加稳定,适合生长超低位错的砷化镓单晶。
VB与VGF工艺的缺点是晶体生长过程中无法观察与判断晶体的生长情况,同时晶体的生长周期较长。
目前国际上商用水平已经可以批量生产6英寸的VB/VGF砷化镓晶体,Freiberger公司在2002年报道了世界上第一颗采用VGF工艺研制的8英寸砷化镓单晶。
表2 GaAs单晶生长方法比较4 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3 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4 国内砷化镓材料主要生产企业5 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。
6 结束语砷化镓材料是最重要的半导体材料之一,其应用领域不断扩大,产业规模也在急剧扩张,在民用与军事领域发挥着不可替代的作用。
由于种种原因,我国的砷化镓材料产业发展速度迟缓,与国际先进水平的差距还很大。