摘要：隨著5G時代的到來，毫米波、大規(guī)模陣列天線技術(shù)以及小型的基站，將大量運用射頻元件，其中將大量運用砷化鎵制程，砷化鎵(GaAs)作為無線通信的核心材料迎來了快速發(fā)展時期。而國內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)方面與國外企業(yè)還有較大的差異。本文對砷化鎵材料生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析。

　　日美德掌握核心生產(chǎn)工藝，VGF和VB成為砷化鎵材料最主流的技術(shù)

　　從20世紀50年代開始，人們已經(jīng)開發(fā)出了多種砷化鎵單晶生長方法。目前主流的工業(yè)化生長工藝包括：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。砷化鎵襯底材料制備工藝路線，如下圖所示。

(來源：知網(wǎng))

　　目前，生產(chǎn)砷化鎵襯底材料的廠商主要集中在日本、德國、美國和中國。但砷化鎵材料的先進生產(chǎn)技術(shù)仍掌握在日本、德國以及美國等個別國際大公司手中，與國外公司相比，國內(nèi)企業(yè)在砷化鎵生產(chǎn)技術(shù)方面還有較大差距。砷化鎵最前沿的成果是Φ8”單晶，由德國Freiberger分別采用LEC和VGF方法研制出。目前，國際上商用水平最大直徑的砷化鎵是Φ6”單晶。

　　砷化鎵單晶生長主流的方法有4種。HB方法最大能生長Φ3”單晶，該方法的應用市場規(guī)模小，但近幾年較穩(wěn)定。LEC方法可生長Φ4”和Φ6”半絕緣砷化鎵，近幾年用量越來越少。近兩年發(fā)展較快的是VGF或VB方法，已經(jīng)成為砷化鎵材料最主流的技術(shù)。國內(nèi)幾家公司的4英寸、6英寸GaAs生產(chǎn)線紛紛開工，這些公司都將逐漸轉(zhuǎn)入大直徑砷化鎵晶片生產(chǎn)。雖然國內(nèi)Φ2”砷化鎵LED外延產(chǎn)線將長期存在，但用量將減少，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐驭?”平臺為主。

　　半絕緣砷化鎵全部依賴進口，低端LED用的砷化鎵材料工藝技術(shù)發(fā)展速度快

　　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，研究基礎一直比較薄弱，發(fā)展速度緩慢。只是近幾年由于半導體照明產(chǎn)業(yè)的拉動作用，發(fā)展速度有所加快，但也僅限于低端LED用的砷化鎵材料，高端LED如汽車大燈LED，從材料到外延均由國外公司掌握。目前，我國占據(jù)全球LED用導電砷化鎵絕大部分市場，從襯底材料到外延、芯片等產(chǎn)業(yè)鏈完整，在該領(lǐng)域具備低成本優(yōu)勢。但集成電路和功率器件用的大直徑半絕緣砷化鎵材料生產(chǎn)技術(shù)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全部依賴進口，并且砷化鎵微電子器件的制造水平也遠遠落后于國外。

　　國內(nèi)企業(yè)發(fā)展時間短，產(chǎn)品質(zhì)量和大直徑砷化鎵工藝落后

　　砷化鎵材料的主要生產(chǎn)企業(yè)有：日本SEI、德國Freiberger、美國AXT、中科晶電、有研光電、廣東先導、大慶佳昌、中電科46所、云南鍺業(yè)等幾家。日本SEI以VB砷化鎵為主，其Φ4”和Φ6”GaAs拋光片主要是自用和在日本市場銷售，有少部分出口美國、中國臺灣市場，產(chǎn)品質(zhì)量處于國際領(lǐng)先水平。德國Freiberger公司主要以VGF、LEC方法生產(chǎn)2、4、6英寸砷化鎵，主要應用到微電子領(lǐng)域。美國AXT公司，生產(chǎn)基地在中國，產(chǎn)品主要以VGF法生產(chǎn)的2、3、4、6英寸砷化鎵材料為主，一半用作LED襯底，一半用作微電襯底，管理和技術(shù)實力也較強。中科晶電是成立于2006年的合資公司，生產(chǎn)基地位于北京、山西、江蘇等地，從事2-6英寸導電型VGF砷化鎵生產(chǎn)，全部用作LED襯底。廣東先導、大慶佳昌和云南鍺業(yè)是近兩年發(fā)展起來的，主要產(chǎn)品也是2-6英寸導電型砷化鎵。中電科46所，生產(chǎn)少量4英寸晶片，部分提供給中電科55所。國內(nèi)有研光電公司，生產(chǎn)基地位于河北廊坊，是全球最大的HB砷化鎵生產(chǎn)企業(yè)，也掌握了2-4英寸VGF砷化鎵生長技術(shù)。國內(nèi)企業(yè)在大直徑砷化鎵生產(chǎn)方面與國外企業(yè)仍存在很大差距。

　　結(jié)語

　　隨著5G時代的到來，砷化鎵作為無線通信的核心材料迎來了快速發(fā)展時期。日本、美國、德國掌握核心生產(chǎn)工藝，其中VGF和VB成為砷化鎵材料最主流的技術(shù)。國內(nèi)企業(yè)發(fā)展時間短，低端LED用的砷化鎵材料發(fā)展速度快。產(chǎn)品質(zhì)量和大直徑砷化鎵工藝落后，半絕緣砷化鎵全部依賴進口，技術(shù)發(fā)展不均衡。