砷化镓材料及其市场应用_砷化镓市场

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砷化镓材料及其市场应用

1.砷化镓是由砷和镓二种元素合成并生长成的一种III-V族化合物半导体材料，是一种性能优异的电子信息功能材料。GaAs 的微波大功率器件、低噪声器件、微波毫米波单片集成电路、超高速数字集成电路等在以移动通讯、光纤通讯、卫星通信等为代表的高技术通讯领域以及广播电视、超高速计算机、自动化控制等领域都有广泛的应用，GaAs 光电子器件在家用电器、工业仪表、大屏幕显示、办公自动化设备、交通管理等方面，也有着重要应用。当然，武器装备也是GaAs 材料的主要应用领域之一，GaAs 器件及集成电路在综合电子战系统、C3I 系统、卫星通讯系统、卫星导航系统、相控阵雷达、精确制导、电子对抗、超高速军用或野外用大型计算机等军事电子领域用途广泛。

一、台湾砷化镓生产厂家

（1）新光电科技股份有限公司

新光电科技股份有限公司(VPEC)全新光电成立于1996年11月，是一个专业化 合物半导体光电元件磊芯片制造公司，产品主要用于通讯微波半导体、光纤通讯、光储存用雷射及高亮度LED之产品。国内厂商初期发展化合物半导体，技术多仰赖美、日，较缺利基与自主性，因此全新光电一投入磊芯片市场，便以发展上游磊芯片作为公司定位，与他进行芯片制程与封装的同质公司进行市场区隔。全新光电全力投入磊晶市场，目前已完成高亮度LED与通讯用AlGaAs、InGaPHBT磊芯片量产技术，前者可应用于交通号志灯、汽车尾灯、第三煞车灯、户外型全 彩显示看板等处；后者则是GSM、CDMA、WCDMA手机所使用高功率晶体管所需的元件，为全新光电主力产品，在通过美、日大厂严格认证后，目前已进行量产，全新光电已是全球微波半导体前五大制造厂商。全新光电为专业磊晶代工厂，坚强的研发团队，完善的设备及完整的验证分析能力，可提供高水平之产品，并充分满足客户的需求。

（2）高平磊晶科技股份有限公司

高平磊晶科技股份有限公司（以下简称高平磊晶）成立于民国九十年二月七日，位于新竹科学园区，实收资本额为新台币壹拾亿元。主要法人投资者来自国内外半导体、通讯及光电等高科技产业，包括美国Kopin Corporation、Conexant Systems，日本FujitsuQuantum Devices，及国内的宏捷科技、全球联合通信、联测科技及台扬科技等。高平磊晶的主要产品是以砷化镓（GaAs）异质接口双载子晶体管（HBT）磊芯片为主。民国九十年十二月新厂启用至今，已安装完成四台有机化学气相沉积（MOCVD）机台、砷化镓材料分析、HBT组件测试仪器与无尘室等生产设施，目前正进入量产计划，生产四吋与六吋砷化铝镓(AlGaAs)及磷化铟镓（InGaP）HBT磊芯片。（3）晶茂达半导体科技股份有限公司

晶茂达半导体科技股份有限公司为一专业化合物半导体磊芯片之制造厂商，2000 年9月26日成立于新竹科学工业园区；主要生产异质接面双载子电晶体（HBT)和高电子迁移率场效晶体管(HEMT)的磊晶片，应用于高频通讯组件，如手机、无线区域网络，光纤通讯、卫星通讯LMDS、汽车防撞导航等方面。（4）元砷光电科技股份有限公司元砷光电科技股份有限公司于2004年11月核准上市，为国内发光二极管(LED)重 要之磊晶与晶粒制造厂商，拥有超高亮度InGaN(氮化铟镓)及AlGaInP(磷化铝铟镓)LED之专业生产技术，拥有多项独特专利，且是国内同业最早布局于高功率LED之厂商。于2005.08与联铨科技合并，联铨科技拥有丰富优异之专业磊晶技术，在超高亮度之四元LED与蓝光LED上为国内之翘楚。元砷光电合并联铨科技后，将结合双方之特有优势，在磊晶技术、专利、产能上更上一层楼，近期与国际专业LED大厂在技术与产能方面的合作下，元砷将踏上国际级LED专业大厂之舞台。

（5）胜阳光电科技股份有限公司

胜阳以VCSEL 磊芯片崭露头角，已成为台湾磊芯片界的一个奇兵。注重创新有 远见有高度企业活力的胜阳，切入磊芯片产业的时间精准，早期投入高亮度LED磊晶与HBT的研发上成功的经验，不但在研发工作与设备维护上已累积了很多宝贵的经验与相当的知识，并拥有非常杰出斗志正高昂的研发团队，杰出的胜阳团队，不断迎接新的挑战朝向新的里程碑迈进，已成为专业的无线及光通讯磊芯片主要的供货商。胜阳光电科技股份有限公司成立于87年8月，早期从事LED（Light Emitting Diode 发光二极管）晶粒制程与高亮度LED磊芯片的研发。88年5月高亮度LED磊芯片试产成功，89年10月成功开发出HBT（Heterojunction Bipolar Transister异质接面双载子晶体管）磊芯片，并于同年11月完成VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser 垂直共振腔面射型雷射）磊芯片的先趋，成为国内首家唯一开发成功的公司，目前在国内VCSEL磊芯片市场，仅有胜阳光电能以全配套的客户优先服务方式供应客户，与国外的供货商相比只有胜阳提供VCSEL磊芯片能以最具竞争性之价格，交货快速及优越质量等优势来服务客户（6）巨鎵科技股份有限公司

巨鎵科技股份有限公司在2000 年巨镓科技成立时，即定位为化合物半导体制造 厂，专工由 ” 有机金属气相磊晶”技术(MOVPE)所生产之砷化镓磊芯片，来供应制造无线通讯用途之微波组件，如 HBT(异质接面双载子电晶体)、HEMT(高速电子迁移率晶体管)及 MESFET(金属半导体场效晶体管)。在 2001 年巨镓科技建厂之初，无线通讯主要微波组件之市场即因全世界的经济不景气而开始衰退。在此艰困的环境下，巨镓科技依然尝试开启商机，并在日立电线株式会社之技术指导下，建立了供应HBT 及 HEMT 所需 MOVPE 磊芯片之先进制造及量测技术，同时被日立电线株式会社评定为生产电子组件所需 MOVPE 磊芯片之合格 OEM 厂。自此，巨镓科技开始送高质量样品给台湾及海外客户验证。在 2002 年时，巨镓科技所生产之有机金属气相磊芯片(MOVPE)已通过数家客户验证，也开始商业化的生产。在 2003 年时，巨镓科技在日立电线株式会社之技术指导下，建立了供应光储存组件磊芯片应用之雷射二极管(LD)所需的有机金属气相磊芯片(MOVPE)之先进制造及量测技术，并被日立电线株式会社评定为生产 LD 所需 MOVPE 磊芯片之合格 OEM 厂，现已开始商业化 的生产。200 4，巨镓科技在日立电线株式会社之技术指导下，导入高生产率之液相磊晶成长技术(LPE)来生产红光发光二极管(LED)磊芯片。（7）稳懋半导体有限公司

稳懋半导体有限公司宣称是目前全球最佳的六英吋砷化镓晶片代工服务公司。它拥有一座最先进的生产线与广泛的技术能力，能够提供客户最佳质量的HBT、HEMT 离散组件/微波集成电路与后端制程的晶圆代工服务。稳懋的生产线在2004年已进入4班二轮24小时运作，年产能将超过一万片。规划至2007年时年产能可达七万五千片.二、日、美砷化镓IC生产厂家现状

1.日本

古河电工,日立电线公司,住友电工.其中日立电线公司是目前最大的砷化镓材料生产厂.2.美国

RF Micro DeviceRF Micro Device主要生产GaAsMESFET产品，Nokia是其最大的客户；Anadigics专攻RAIC市场，目标市场为无线通讯,有线电视/缆线数据机,光纤产业等主要客户为Ericon；

Conexant主要供应CDMA系统的PA为主,主要客户Ericon 及Samsung；

Motorola拥有完整半导体部门,生产之GaAsIC主要供自有品牌使用； Alpha主要市场在无线通讯及宽频通讯产业；

TriQuint Semiconductor Inc美国GaAs代工及相关器件大型专业 业业厂商。

三、国内砷化镓IC生产厂家

国内砷化镓IC生产厂家主要有中电集团55所、中电集团13所。另外在近年还建立了两个新企业，它们投资额较大，形成我国一定的砷化镓IC的规模，并有较大的发展潜力。

（1）中电集团55所，一条微波器件 3寸线，离子注入和外延片材料，离子注入占主导地位，需求500片/月左右。一条微波器件 4寸线在准备中。

（2）中电集团13所，一条微波器件 3寸线，离子注入和外延片材料，外延片占主导地位，需求100片/月左右。一条微波器件 4寸线在准备中。（3）中联国际（天津）电子有限公司 中联国际（天津）电子有限公司为与森帮集团合作的大规模集成电路生产厂与研发中心。2005年10月24日，举行天津开发区举行了工厂的奠基仪式。外方由坐落于美国旧金山硅谷的几家大规模集成电路生产与研发的公司组成。根据投资计划，在未来的五年，该公司将在开发区西区建设8英寸、12英寸芯片生产厂、砷化镓集成电路生产厂及相关产品的技术研发中心，总投资额将超过25亿美元。（4）深圳市贝顿科技有限公司

深圳市贝顿科技有限公司（原深圳市贝光通科技有限公司）落户深圳。2002年建 立公司。它的砷化镓集成电路项目，总投资额为７．５亿元，年产值将达１５亿元。项目技术团队主要由来自美国、德国、加拿大、台湾、香港等国家和地区的高级科学家与工程师组成。该公司投资开办的“砷化镓集成电路芯片”项目充分利用留学生企业的技术、渠道优势，把握全球IT业调整的天时，截至2004年该项目已取得突破性的进展，该项目已经在甘肃天水建成中国第一条砷化镓IC生产线。

四、砷化镓应用领域及市场需求

6．1 砷化镓应用领域概述

砷化镓半导体材料与传统的硅材料相比，它的电子移动率约为硅材料的5.7 倍,。它具有很高的电子迁移率、宽禁带、直接带隙，消耗功率低的特性。因此,广泛运用於高频及无线通讯(主要为超过1 G H z 以上的频率).适于制做IC 器件。所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于激光器、无线通信、光纤通信、移动通信、GPS 全球导航等领域。砷化镓除在I C 产品应用以外,也可加入其它元素改变能带隙及其产生光电反应，达到所对应的光波波长,制作成光电元件。由此 可以看出，砷化镓材料的应用领域主要分为微电子领域和光电子领域。在微电子领域中，使用的化合物半导体材料属于高端产品，主要用于制作无线通讯（卫星通讯、移动通讯）、光纤通讯、汽车电子等用的微波器件。在光电子领域中，使用的化合物半导体材料属于低端产品，主要用于制作发光二极管、激光器及其它光电子器件。无线通讯、光纤通讯、汽车电子等领域的高速发展，使得对砷化镓器件和电路的需求量急剧增加，进而极大地增加了对半绝缘砷化镓材料的需求量。作为半绝缘砷化镓下游产业的砷化镓集成电路业市场平均增长近年都在40% 以上，尽管砷化镓分立器件的市场份额在逐步减少，砷化镓射频器件市场仍有30% 的年增长，加之卫星通讯系统和车载雷达用砷化镓单晶的潜在市场，半绝缘砷化镓的需求前景非常看好。

五、砷化镓在微电子领域的应用及市场现状

砷化镓IC器件在微电子领域应用市场主要表现在：无线通讯、光通讯、无线局域 网、汽车电子产品、军事电子产品等方面。

砷化镓在微电子的应用范围，以射频IC 为主。它的产品集中在PA(功率放大 器)，LNA(低杂讯功率放大器)等通讯元件上，产品广度远不如可应运在资讯，通讯及消费性电子的硅IC。但基于对未来无线通讯的成长可期，通讯元件的应用范围会随着新通讯产品的推出而倍增，其应用领域有移动电话，无线电话，无线通讯，微波通讯及卫星通讯产品等。这些产品将会随着通讯网路的建构与普及而需求大增。所以就长期发展而言，对砷化镓IC 的需求量也会愈来愈大。砷化镓IC 在手机中发射端的功率放大器（PA）、接收端的低噪声放大器和高速开关等，多由GaAs IC 承担。它是手机中重要关键性零组件。一只典型的高质量手机通常包含6-7 块GaAs MMIC，因此无线通讯市场的走向对整个GaAs 工业非常重要。整个移动通讯技术的发展更是带动GaAs 材料的技术进步与需求增长。移动通 讯技术目前已基本实现第二代向2.5G 的转移，同时正在逐渐实现3G 产品。二代半技术对功放的效率和散热有更高的要求，这对GaAs 有利。三代技术要求更高的工作频率，更宽的带宽和高线性，这也是对GaAs 技术有利的。目前第四代（4G）的概念已明确提出，四代技术对手机有更高要求，它要求手机在楼内可接入无线局域网（WLAN），即可工作到2.4GHZ 和5.8GHZ，在室外可在二代、二代半、三代等任意制式下工作，因此这是一种多功能、多频段、多模式的移动终端。单一的Si 技术显然更无法在那么多功能和模式上都达到性能最优。在移动通讯用砷化镓器件一直呈现增长趋势，年平均增长率 40-60%。因此有专家指出，“总体GaAs 器件市场将继续主要依赖无线市场，手机市场是其主要增长动力。” 并预测，“到2008 年手机仍将至少占GaAsIC市场的33%。” 6．2．2 光通讯市场需求

光纤通信具有高速、大容量、传输业务信息多的特点，是构筑“信息高速公 路”的主干，成为现代信息社会的支柱产业。而移动通信包括陆基、卫星移动通信及全球定位系统，最终实现在任意时间、任意地点与任何通信对象进行通信理想境界，其市场容量十分巨大。光纤通信中，大于2.5G 比特/秒的光通信传输系统，其光通信收发系统均需采用 GaAs 超高速专用电路。光通信发展极为迅速，据国外报道，光纤通信模拟GaAs市场近几年以年均34%的速度增长，到2004 年增长到约16.2 亿美元的市场规模，10 Gb/s 设备已成为最大的市场。在10 Gb/s、40 Gb/s 系统中所用的器件和集成电路，包括激光驱动电路、MUX、DEMUX、跨阻放大器、限谱放大器等，GaAs 材料将占据重要位置。6．2．3无线局域网（WLAN）市场需求

WLAN 的概念虽提出较早，但由于技术的障碍一直未得到发展，直到90 年代初 方获得较多的关切，并产生了IEEE802.11 标准，频段为902～928 MHZ，但由于速度仅达到2Mbps，仍未能受到市场过多赏识，1999 年底，IEEE802.11b 标准提出，频率提高到2.4～2.48GHZ，速率达到11Mbps，市场接受程度大大提高。据ForwordConcepts 报告，WLAN芯片市场2002年达3.64亿美元。在2.4 GHZ 以下频率时，使用SiGe 乃至SiBiCMOS 即可，而5GHZ 以上的芯片，则以GaAs IC 为佳，如：Ratheon、Envara 等公司开发的芯片均采用GaAs 材料。为尽快满足WLAN 市场需求，Anadigics 收购了RF Solutions 的GaAs 功放生产线。可见，无线局域网的高端传输必然对CaAs有很大需求。根据Strategy Analytics 预测，在可预见的将来，数字有线电视（CATV）服务将需要基于砷化镓（GaAs）的高端基础设施元器件。到2009 年，以GaAs 为基础的MMIC 和混合器件将在CATV 基础设施市场占据75%的份额，每年的需求增长为18%。相比之下，到2009年用于CATV 的半导体市场增长率仅有3%。北美和亚太地区将推动CATV 基础设施增长，占2009 年新数字有线电视用户的 89%。这将推动CATV 网络中system amplifier 和line extender 的需求，它们使用混合硅和砷化镓的部件。据市场研究公司Strategy Analytics 发表的报告称，无线局域网GaAs集成电路市场2003年预计将增长139%，到2008 年的混合年平均增长率将达到21%。交换机和电源放大器是GaAs集成电路增长的主要机会。到2008 年，GaAs电源放大器将占1.77亿件GaAs集成电路出货量的67%。因此，Strategy Analytics预测，全部无线局域网交换机集成电路都将使用砷化镓技术，覆盖5GHz和2.4Ghz频率的双频段系统每个系统最多可采用2 个交换机。全球5GHz无线局域网运营的统一以及迅速向采用802.11a/g 组合设备的双频段系统过渡，将促进GaAs集成电路市场的增长。Strategy Analytics 的高级分析师Asif Anwar 在声明中称，电源放大器将是这个市场的亮点。整个射频（RF）和与802.11相关的芯片，包括电源放大器和交换机，在2003年的销售收入将从2002年的4.87亿美元增长到6.37亿美元。到2008年，802.11a/g 双频段组合设备将占整个出货量的75%。6．2．4 汽车电子产品市场需求

据统计，我国每年因交通事故死亡人数达九万人，损失愈百亿元，已成为工伤 事故的第一杀手。为避免交通事故的发生，在汽车中安装防撞雷达已成必然趋势。汽车防撞雷达一般采用毫米波段，在这些波段范围内，最适合的器件是GaAs IC。可以看出，随着技术的成熟、成本的降低，汽车防撞雷达由豪华轿车向大量生产的中、低档轿车发展，乃是必然趋势。一旦GaAs 器件进入量产的汽车领域，市场前景不可限量。鉴于此，GaAs 业界和汽车业界的大批厂家已涉足于此。法国汽车零件制造商Valeo 就曾同GaAs IC生产厂商Raytheon 表示将合作生产雷达设备。

6．2．5 军事电子产品市场需求

军事应用是GaAs 材料的传统领域。GaAs 工业能发展到今天的程度，首先应归 功于早期军事应用的需求牵引。近年来，随着移动通讯的迅速发展，民用占整个GaAs 市场的份额已远远超过军用，但军用市场仍然是一个重要领域。第一次海湾战争中，伊拉克的苏制雷达完全被美军雷达所屏蔽，在信息战中处于绝对被动位置，战斗力大打折扣，曾被称为“一场GaAs战胜Si”的战争。自MIMIC 计划开始，美军在多种战术武器中开始装备采用GaAs IC 的设备，如主力战机中装载GaAs MMIC 相控阵雷达，电子战设备采用GaAs 器件，多种导弹中装载GaAs 引信等。在最近的伊拉克战争中，美军数字化部队的出现，表明其GaAs 设备（如：GPS）装备部队的进程加快。随着这种样板部队的普及，对GaAs IC 的需求

必将大增。而且，相对于民用来说，军用市场相对可以承受较高的价格，这也是 2001 年整个GaAs 市场不景气时，主要占据军用市场的几家美国GaAs IC 公司效益仍然较好的原因。

6．3 砷化镓在光电子领域的应用及市场现状

随着全世界范围内对半导体照明工程的推进，主要应用于LED 和LD 制造的半导 体砷化镓市场也一直呈现快速增长态势，市场需求主要集中在台湾、日本、中国大陆和韩国等亚太地区。

6．3．1 砷化镓在LED方面的需求市场

发光二极管(Light Emitting Diode;LED)是半导体材料制成的组件，也是一种 微细的固态光源，可将电能转换为光，不但体积小，且寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳，能够配合各种应用设备的轻、薄及小型化之需求，早已成为日常生活中十分普及的产品。LED 的种类繁多，依发光波长大致分为可见光与不可见光两类。可见光LED 主要以显示用途为主，又以 亮度1 烛光(cd)作为一般LED 和高亮度LED 之分界点，前者广泛应用于各种室内显示用途，后者则适合于户外显示，如汽车煞车灯、户外信息广告牌和交通标志等；不可见光如红外线LED 则应用在影印纸张尺寸检知、家电用品遥控器、工厂自动检测、自动门、自动冲水装置控制等等。LED 组件在量产过程中，通常依上、中、下游分工。上游主要产品为单芯片及磊芯片，单芯片是原材料的基板，大多为二元的III-V 族化合物半导体材料，如砷化镓(GaAs)或磷化镓(GaP)等；磊芯片则已在单晶基板上成长多层不同厚度之多元材料的单晶薄膜，如AlxGa1-xAs/GaAsAlxGayIn1-x-yP/GaAs、InxGa1-xN/GaN 等结

构，常用的技术有液相外延生成长法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)及有机金属气相外延生成长法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy，MOVPE)等。中游业者依组件结构之需求，先在磊芯片上蚀刻及制作电极，再切割为微细的LED 晶粒，其中使用的制程技术有:光罩、干或湿式蚀刻、真空蒸镀及晶粒切割等；下游则属封装业，将晶粒黏着在导线架，再封装成灯泡型(Lamp)、数字显示型(digit display)、点矩阵型(dot matrix)或表面黏着型(surface mount)等成品。发光二极管系利用各种化合物半导体材料及组件结构的变化，设计出红、橙、黄、绿、蓝、紫等各颜色，以及红外、紫外等不可见光LED。