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一文了解砷化镓在半导体器件中有哪些潜力

最近国家十四五规划,把第三代半导体作为重点发展对象,大家都知道第三代半导体以SiC、GaN为代表。但是今天我们聊聊第二代半导体之一的GaAs(另外一个是磷化铟)。

说到砷化镓做半导体器件,就不得不说说三安光电,厦门三安是做LED起家,最早玩砷化镓LED,现在做到全球最大LED芯片。2014年开展化合物半导体器件,组建三安集成。

“三安集成成立于2014年,项目总规划用地281亩,总投资额30亿元。本项目为福建省2014-2018年重大工业项目、厦门市2015年重点项目,属于国家扶持的战略性新兴产业。三安集成电路缔造中国首个涵盖光通讯、微波射频、高功率电力电子等领域的化合物半导体制造平台;具备衬底材料、外延生长、以及芯片制造的产业整合能力;拥有全世界规模最大、制程能力最先进的MOCVD外延生长制造线,是中国第一家具备规模化研发、生产化合物半导体芯片能力的公司。

2016年4月,公司进入量产阶段,成为中国第一家具备规模化研发及生产化合物半导体芯片能力的公司;

2017年7月,公司分别在香港、日本成立分公司。”

可以说三安光电这一步卡位走的时机很准。让我们看看砷化镓在半导体器件中有哪些潜力:

  砷化镓是第二代半导体材料,主要用于无线通讯等领域。根据Strategy Analytics的研究报告,2018年,全球砷化镓元件市场(含IDM厂商之组件产值)总产值约为88.7亿美元,达到历史新高,相比2017年的88.3亿美元同比增长0.45%。根据Yole预计,2018-2024年,全球砷化镓元件市场规模年均复合增长速度为10%,其中微电子领域为CAGR为3%,光电子领域CAGR为54%。到2024年,全球砷化镓元件市场规模将达到157.1亿美元。

砷化镓单晶生长方法

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。

砷化镓的应用领域分析

相较于常见的硅半导体,砷化镓半导体具有高频、抗辐射、耐高电压等特性,因此广泛应用在主流的商用无线通讯、光通讯以及先进的国防、航空及卫星用途上,其中无线通讯的普及更是催生砷化镓代工经营模式的重要推手。以手机与无线网路(Wi-Fi)为例,系统中的无线射频模组必定含有的关键零组件即是功率放大器(Power Amplifier)、射频开关器(RF Switch)及低杂讯放大器(Low Noise Amplifier)等,目前射频功率放大器极大部分是以砷化镓半导体制作。砷化镓半导体因其材料特性而成为无线通讯、光通讯以及先进的国防、航空及卫星之重要关键组件,亦同时建构不同于硅等其他半导体之晶圆代工技术、设计流程与验证模式以满足无线通讯系统的快速发展,进而维持其领域之独占性与独特性。

砷化镓的产业链

砷化镓芯片虽然没有硅基IC芯片对nm工艺的那么高的制程要求,但是中国目前在全球产业链的参与程度并不高。

我们看一下整个产业链分布

IQE这个公司我认识几个牛人都是从他们那出来的,英国的一家做外延的公司,也就是磊晶,他家算是No.1了吧。这几年联亚光电发展的也不错,台湾的。

中国在砷化镓产业的位置

  1962年,在林兰英院士的带领下,中国研制出了我国第一个GaAs单晶样品。1964年,我国第一只GaAs二极管激光器被成功研制出来。由于在半导体材料上的诸多贡献,林兰英被誉为“中国太空材料之母”。

2001年,北京有色金属研究总院成功研制出国内第一根直径4英寸VCZ半绝缘砷化镓单晶,使我国成为继日本、德国之后第三个掌握此项技术的国家。

     近些年中国虽然有三安这些做砷化镓的大厂,但是他们早期积累的都是偏向LED外延的技术,这些对磊晶的要求较为低端。而且国外大厂比如美国AXT公司已在中国布局了工厂;外延片制造环节中国大陆地区几乎空白,大部分上市企业也只是布局了LED芯片的制造,较为低端;IC设计、晶圆制造、封装测试等环节也主要围绕LED芯片的垂直整合,通讯元件方面的布局才刚起步,竞争力缺失。

所以啊,别只看到第三代半导体如何如何新,第二代半导体,中国也是刚起步。在各个领域都没有做到世界级的水平。希望十四五规划也把砷化镓加进去吧。

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