化合物半导体专题-电信+数通拉动光模块需求，磷化铟蓄势待发.docx

化合物半导体专题
电信+数通拉动光模块需求，磷化铟蓄势待发
     
 
 
 
 
 
     
     
 
 
 
 
 
     
 
 
 
 
化合物半导体磷化铟 (InP)，电学性质优越
磷化铟是第二代半导体材料，广泛应用于光通信、集成电路等领域。5G 时代技术革 新带来以磷化铟（InP）、***化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料的蓬勃发展。半导体 材料按照物理性质可以划分三代，分别是以 Si、Ge 为代表的第一代，InP、GaAs 为代表 的第二代，GaN、SiC 为代表的第三代。磷化铟（InP）是一种 III~V 族化合物，闪锌矿型 晶体结构，晶格常数为 ×10-10 m，禁带宽度为 eV，常温下迁移率为 3000~4500 cm2 /()。InP 晶体具有饱和电子漂移速度高、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率 高等诸多优点，被广泛应用于光通信、高频毫米波器件、光电集成电路和外层空间用太阳 电池等领域。未来组件需求将以高速、高频与高功率等特性，链接 5G 通讯、车用电子与 光通讯领域的应用，第二、三代化合物半导体有望突破硅半导体摩尔定律。
磷化铟半导体电学性能突出
磷化铟（InP）和***化镓（GaAs）相比，电学等物理性质优势突出，在半导体光通信 领域应用占据优势。1）磷化铟具有高电子峰值漂移速度、高禁带宽度、高热导率等优点。 InP 的直接跃迁带隙为 ，对应光通信中传输损耗最小的波段；热导率高于 GaAs， 散热性能更好。2）磷化铟在器件制作中比 GaAs 更具优势。InP 器件高电流峰谷比决定了 器件的高转换效率；InP 惯性能量时间常数是 GaAs 的一半，工作效率极限高出 GaAs 器 件一倍；InP 器件具有更好的噪声特性。3）磷化铟（InP）作为衬底材料主要有以下应用 途径。光电器件，包括光源（LED）和探测器（APD 雪崩光电探测器）等，主要用于光纤 通信系统；集成激光器、光探测器和放大器等，是光电集成电路是新一代 40Gb/s 通信系 统必不可少的部件。
磷化铟材料光电领域应用占优
磷化铟应用涵盖光纤通信、光电器件、医疗及传感等多种领域。目前主要应用于 1)用 于光纤通信技术。在磷化铟单晶衬底上制备的 InGaAsP/InP，InGaAs/InP 异质结材料所制 备的 ~ 光源和探测器已广泛用于光纤通信中；2) 材料在光电器件方面得到广泛 应用。
磷化铟单晶制备技术壁垒高
能够使单晶批量化生长的技术主要有高压液封直拉法（LEC）、垂直温度梯度凝固法 （VGF）和垂直布里奇曼法（VB）。美国 AXT 公司和日本住友分别使用 VGF 和 VB 技术 可以生长出直径 150mm 的磷化铟单晶，日本住友使用 VB 法制备的直径 4 英寸掺 Fe 半 绝缘单晶衬底可以批量生产。VGF 生产技术要求晶体表面翘曲度小于 15 微米，位错水平
越低越好。中国磷化铟制备技术与国际水平仍有较大差距，国内企业产能规模较小，大尺 寸磷化铟晶片生产能力不足。
磷化铟光通信产业链，上游国外垄断有待突破
产业链全球分工明确，国内衬底市场占比不足
磷化铟衬底处于产业链上游，80%市场份额被国外厂商垄断。目前，日本住友是行业 龙头，占据着全球 60%市场份额，美国通美市占率 15%，英法的公司市占率各 10%和 5%。 目前，国内衬底年用量总计在 3 万片左右，占全球总市场份额不足 2%。国内能够生产磷 化铟晶圆的企业较少，珠海鼎泰芯源公司掌握 30 项专利，正在申请的专利有 10 项，磷化 铟长晶率可达到 40%-50%。而公司背后的技术团队和技术支撑是中科院。目前鼎泰芯源 已经掌握了 2 英寸到 6 英寸晶圆的生产技术。
上游衬底公司：国外垄断格局显著，国内企业追赶
磷化铟衬底材料处于光通信产业链上游，国外垄断格局明显。目前，由于在磷化铟单 晶生长设备和技术方面存在较高壁垒，磷化铟市场参与者较少，且以少数几家国外厂商为 主，主要供应商包括日本住友、日本能源、美国 AXT(中国生产)、法国 InPact、英国 WaferTech 等，以上 5 家厂商占据了全球近 80%的市场份额。
国内开展磷化铟单晶材料的研究工作已经超过 30 年，但磷化铟单晶生长技术的研究 规模、项目支持力度和投入较小，与国际水平还存在较大差距。目前，国内除通美北京工 厂外，尚没有可批量生产单晶衬底的厂家。但传统的***化镓、锗单晶衬底厂家同样注意到 了该市场的机会，包括珠海鼎泰芯源公司、云南锗业、先导稀材、中科晶电、东一晶体在 内的厂家正在积极布局。目前，由于国内激光器外