国产厂商砷化镓材料生产技术发展不均衡

　　摘要：随着5G时代的到来，毫米波、大规模阵列天线技术以及小型的基站，将大量运用射频元件，其中将大量运用砷化镓制程，砷化镓(GaAs)作为无线通信的核心材料迎来了快速发展时期。而国内企业在生产技术方面与国外企业还有较大的差异。本文对砷化镓材料生产技术发展现状进行了分析。

　　日美德掌握核心生产工艺，VGF和VB成为砷化镓材料最主流的技术

　　从20世纪50年代开始，人们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。砷化镓衬底材料制备工艺路线，如下图所示。

(来源：知网)

　　目前，生产砷化镓衬底材料的厂商主要集中在日本、德国、美国和中国。但砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等个别国际大公司手中，与国外公司相比，国内企业在砷化镓生产技术方面还有较大差距。砷化镓最前沿的成果是Φ8”单晶，由德国Freiberger分别采用LEC和VGF方法研制出。目前，国际上商用水平最大直径的砷化镓是Φ6”单晶。

　　砷化镓单晶生长主流的方法有4种。HB方法最大能生长Φ3”单晶，该方法的应用市场规模小，但近几年较稳定。LEC方法可生长Φ4”和Φ6”半绝缘砷化镓，近几年用量越来越少。近两年发展较快的是VGF或VB方法，已经成为砷化镓材料最主流的技术。国内几家公司的4英寸、6英寸GaAs生产线纷纷开工，这些公司都将逐渐转入大直径砷化镓晶片生产。虽然国内Φ2”砷化镓LED外延产线将长期存在，但用量将减少，逐渐转变为以Φ4”平台为主。

　　半绝缘砷化镓全部依赖进口，低端LED用的砷化镓材料工艺技术发展速度快

　　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，发展速度有所加快，但也仅限于低端LED用的砷化镓材料，高端LED如汽车大灯LED，从材料到外延均由国外公司掌握。目前，我国占据全球LED用导电砷化镓绝大部分市场，从衬底材料到外延、芯片等产业链完整，在该领域具备低成本优势。但集成电路和功率器件用的大直径半绝缘砷化镓材料生产技术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全部依赖进口，并且砷化镓微电子器件的制造水平也远远落后于国外。

　　国内企业发展时间短，产品质量和大直径砷化镓工艺落后

　　砷化镓材料的主要生产企业有：日本SEI、德国Freiberger、美国AXT、中科晶电、有研光电、广东先导、大庆佳昌、中电科46所、云南锗业等几家。日本SEI以VB砷化镓为主，其Φ4”和Φ6”GaAs抛光片主要是自用和在日本市场销售，有少部分出口美国、中国台湾市场，产品质量处于国际领先水平。德国Freiberger公司主要以VGF、LEC方法生产2、4、6英寸砷化镓，主要应用到微电子领域。美国AXT公司，生产基地在中国，产品主要以VGF法生产的2、3、4、6英寸砷化镓材料为主，一半用作LED衬底，一半用作微电衬底，管理和技术实力也较强。中科晶电是成立于2006年的合资公司，生产基地位于北京、山西、江苏等地，从事2-6英寸导电型VGF砷化镓生产，全部用作LED衬底。广东先导、大庆佳昌和云南锗业是近两年发展起来的，主要产品也是2-6英寸导电型砷化镓。中电科46所，生产少量4英寸晶片，部分提供给中电科55所。国内有研光电公司，生产基地位于河北廊坊，是全球最大的HB砷化镓生产企业，也掌握了2-4英寸VGF砷化镓生长技术。国内企业在大直径砷化镓生产方面与国外企业仍存在很大差距。

　　结语

　　随着5G时代的到来，砷化镓作为无线通信的核心材料迎来了快速发展时期。日本、美国、德国掌握核心生产工艺，其中VGF和VB成为砷化镓材料最主流的技术。国内企业发展时间短，低端LED用的砷化镓材料发展速度快。产品质量和大直径砷化镓工艺落后，半绝缘砷化镓全部依赖进口，技术发展不均衡。