第一篇：半导体砷化镓材料的分析
砷化镓材料分析
摘要：本文主要介绍半导体材料GaAs的性质、用途、制备工艺及国内外发展现状。半导体材料的性质和结构参数决定了他的特征以及用途。GaAs在生活中也有着广泛的作用，通过对它的讨论希望有助于对半导体材料的认识和理解。
关键词：半导体材料 GaAs 性质 结构 特征 用途 认识
Abstract: this paper mainly introduces the properties of GaAs semiconductor materials, application, preparation technology and development situation at home and abroad.The nature of the semiconductor material and structure parameters determine his character and purpose.GaAs also has a broad role in our daily life, through the discussion of it hope to contribute to understanding and the understanding of semiconductor materials.Keywords：Semiconductor Materials GaAs Properties Structure Characteristics
Purpose Understanding 1 引言
化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。
砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。砷化镓材料的性质及用途
砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心，即K=0处，这使其具有较高的电光转换效率，是制备光电器件的优良材料。
在300 K时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV，因此，砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。
砷化镓（GaAs）材料与传统的硅半导体材料相比，它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5.7倍。因此，广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。除在I C产品应用以外，砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应，制成半导体发光器件，还可以制做砷化镓太阳能电池。砷化镓材料制备工艺
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 1
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。
3.1 液封直拉法（Liquid Encapsulated Czochralski，简称LEC）
LEC法是生长非掺半绝缘砷化镓单晶（SI GaAs）的主要工艺，目前市场上80%以上的半绝缘砷化镓单晶是采用LEC法生长的。LEC法采用石墨加热器和PBN坩埚，以B2O3作为液封剂，在2MPa的氩气环境下进行砷化镓晶体生长。LEC工艺的主要优点是可靠性高，容易生长较长的大直径单晶，晶体碳含量可控，晶体的半绝缘特性好。其主要缺点是：化学剂量比较难控制、热场的温度梯度大（100~150 K/cm）、晶体的位错密度高达104以上且分布不均匀。日本日立电线公司于1998年首先建立了6英寸LEC砷化镓单晶生产线，该公司安装了当时世界上最大的砷化镓单晶炉，坩埚直径400mm，投料量50公斤，生长的6英寸单晶长度达到350 mm。德国Freiberger公司于2000年报道了世界上第一颗采用LEC工艺研制的8英寸砷化镓单晶。
3.2 水平布里其曼法（Horizontal Bridgman，简称HB）
HB法是曾经是大量生产半导体（低阻）砷化镓单晶（SC GaAs）的主要工艺，使用石英舟和石英管在常压下生长，可靠性和稳定性高。HB法的优点是可利用砷蒸汽精确控制晶体的化学剂量比，温度梯度小从而达到降低位错的目的。HB砷化镓单晶的位错密度比LEC砷化镓单晶的位错密度低一个数量级以上。主要缺点是难以生长非掺杂的半绝缘砷化镓单晶，所生长的晶体界面为D形，在加工成晶片过程中将造成较大的材料浪费。同时，由于高温下石英舟的承重力所限，难以生长大直径的晶体。目前采用HB工艺工业化大量生产的主要是2英寸和3英寸晶体，报道的HB法砷化镓最大晶体直径为4英寸。目前采用HB工艺进行砷化镓材料生产的公司已经不多，随着VB和VGF工艺的日渐成熟，HB工艺有被逐渐取代的趋势。
3.3 垂直布里其曼法（Vertical Bridgman，简称VB）
VB法是上世纪80年代末开始发展起来的一种晶体生长工艺，将合成好的砷化镓多晶、B2O3以及籽晶装入PBN坩埚并密封在抽真空的石英瓶中，炉体垂直放置，采用电阻丝加热，石英瓶垂直放入炉体中间。高温下将砷化镓多晶熔化后与籽晶进行熔接，然后通过机械传动机构由支撑杆带动石英瓶与坩埚向下移动，在一定的温度梯度下，单晶从籽晶端开始缓慢向上生长。VB法即可以生长低阻砷化镓单晶，也可以生长高阻半绝缘砷化镓单晶。晶体的平均EPD在5 000个/cm-2以下。
3.4 垂直梯度凝固法（Vertical Gradient Freeze，简称VGF）
VGF工艺与VB工艺的原理和应用领域基本类似。其最大区别在于VGF法取消了晶体下降走车机构和旋转机构，由计算机精确控制热场进行缓慢降温，生长界面由熔体下端逐渐向上移动，完成晶体生长。这种工艺由于取消了机械传动机构，使晶体生长界面更加稳定，适合生长超低位错的砷化镓单晶。VB与VGF工艺的缺点是晶体生长过程中无法观察与判断晶体的生长情况，同时晶体的生长周期较长。目前国际上商用水平已经可以批量生产6英寸的VB/VGF砷化镓晶体，Freiberger公司在2002年报道了世界上第一颗采用VGF工艺研制的8英寸砷化镓单晶。国内外砷化镓材料技术的发展
4.1 国外砷化镓材料技术的现状与发展
砷化镓材料作为一种新型的电子信息材料，技术水平的发展十分迅速。目前的技术发展趋势体现在如下几个方面：
（1）晶体的尺寸、重量不断增大。半绝缘砷化镓材料在上个世纪末实现了直径从 3 英寸向 4 英寸的提升后，目前正在实现 4 英寸向 6 英寸的跃升；
（2）材料性能上，主要集中于改善材料的电学性能径向均匀性和轴向一致性、降低材料的微观缺陷等方面；
（3）晶体的后工艺技术方面，一方面致力于超平坦晶片的研制，另一方面，着重解决晶片的免清洗问题；
（4）致力于新工艺技术的开发。VB/VGF 技术在成功地应用于光电子器件用的砷化镓材料研制后，目前已被普遍地用于半绝缘材料的研制和生产。
在本领域中，美国、日本的科技发展水平相对较高，德国上升速度较快，俄罗斯基本上停滞不前。
美国的化合物半导体材料发展是比较典型的由军事需求牵引发展起来后转为民用的例子。美国的 GaAs 材料发展一直受到军方的高度支持，特别在“Title III”计划中，美国防部投巨资给 Litton Airtron、AXT、M/A-COM 三家企业，帮助其形成生产能力，使这三家企业成为世界著名的 GaAs 生产商。其中 Litton Airtron 公司采用常压 LEC 工艺、M/A-COM 公司采用高压 LEC 工艺主要生产半绝缘 GaAs 材料，AXT 公司采用其独创的 VGF 工艺，以生产低阻 GaAs 材料为主，也生产部分半绝缘材料，三家公司均可生产 6 英寸“开盒即用”的抛光片。日本的发展模式是以企业为主，首先发展光电子器件用 GaAs 材料，然后切入微电子用半绝缘 GaAs 材料，住友电工、日立电线目前是世界上技术水平最高、规模最大的厂商之一。其中住友电工采用 LEC、VB 工艺，日立电线采用 LEC、HB、VGF 工艺，两公司 LEC、VB、VGF 工艺均可生长 6 英寸单晶，特别是日立电线公司 4 英寸直径 GaAs 单晶长度达到 480mm，3 英寸直径 GaAs 单晶长度达到 770mm，为目前世界最高水平。德国在化合物半导体材料发展方面属后起之秀，主要在东、西德合并以后，原西德瓦克公司的 GaAs 生产能力和原东德晶体研究所的技术力量加之民间资金的注入，使新成立的 Freiberger公司的实力得到迅速提升，已成为世界著名的 GaAs 材料生产商。
4.2 国内砷化镓材料技术现状及发展趋势
我国从上世纪 60 年代初开始研制砷化镓，中科镓英公司成功拉制出我国第一根6.4 公斤 5 英寸 LEC 法大直径砷化镓单晶；信息产业部 46 所生长出我国第一根 6 英寸砷化镓单晶，单晶重 12kg，并已连续生长出 6 根 6 英寸砷化镓单晶；西安理工大在高压单晶炉上称重单元技术研发方面取得突破性进展。2004 年，中科院半导体所研制成功了我国第一个５英寸液封直拉法（LEC）砷化镓单晶，以及我国最重最长４英寸、６英寸液封直拉法（ＬＥＣ）砷化镓单晶，成为国内通过相关应用部门及美国、中国台湾等芯片制造商“客户认证”的晶片供应商。
2006 年 4 月，大庆国家高新技术产业开发区大庆佳昌科技有限公司正式公布：经过三年的努力，由公司首席科学家王永鸿教授带领的技术团队，采用自主创新的WLEC 法技术，成功拉制出国内第一颗直径 200 毫米砷化镓单晶，实现了我国大直径8 英寸砷化镓单晶生长技术零的突破，使我国砷化镓单晶生长技术跨入世界领先行列。由此，大庆将成为以生产优质砷化镓材料为主的具有国际影响力的化合物半导体材料重要生产基地。
砷化镓材料的尺寸经历了从 2 英寸、3 英寸、4 英寸、6 英寸的发展过程（8 英寸砷化镓单晶也于近期研制成功）。
目前砷化镓单晶材料的制备主要有 VGF、LEC、HB 等方法，随着单晶尺寸的增大，VGF 法已成为主流技术。我国在 LEC 和 HB 单晶生长技术方面相对较成熟。中科镓英公司于 2004 年 1 月正式投产，LEC 方法生产半绝缘砷化镓单晶，已成为国内半绝缘砷化镓单晶材料的主要供应基地。中科镓英公司的 2 英寸 HB 半导体砷化镓材料已畅销国内外，目前已占到世界市场的 10%左右。
随着国家科技体制改革的不断深入，我国的砷化镓材料产业化工作发展很快，拥有该材料技术的各研究单位正在大力实施该领域的产业化，同时国内外多家有实力的公司看好该领 3
域的良好发展前景，也在积极地涉足该领域的产业化工作，使得砷化镓材料的产业化呈现如火如荼态势。中电科技集团四十六所在收购美国 LittonAirtron 公司生产线的同时，自主开发 VB-GaAs 单晶生产技术，现在正在同时进行半绝缘砷化镓材料和低阻光电器件用砷化镓材料的产业化工作，目标是实现光电砷化镓衬底年产 20 万片、半绝缘砷化镓材料年产 15-20 万片，市场份额达到世界前四位；以中科院半导体所的技术为基础，联合北新建材等单位成立的中科镓英公司正在开展半掘缘砷化镓材料及其外延材料的产业化工作；以北京有色金属研究总院的HB-GaAs 技术为基础成立的国瑞电子公司已实现光电器件用砷化镓材料生产多年；其他如大庆佳昌、北京美西半导体材料有限公司（前身为福州晶阵半导体有限公司）、新乡市神舟晶体科技发展有限公司（原 542 厂）等公司也在积极地开展砷镓材料的产业化工作。可以讲，我国是目前世界上生产和正在积极努力准备生产砷化镓材料企业最多的国家，预示着不久的将来，中国将在该领域占据十分重要的地位。此时更迫切需要国家予以必要的支持，解决实现产业化的一些关键技术，构建起我国化合物半导体材料的产业群。
但是，我国砷化镓材料产业和国外也存在很大差距。在技术水平方面，国外LEC、VB、VGF 等工艺均已可生产 6 英寸单晶，国内目前只有 LEC 工艺研制出 6 英寸单晶，VB 工艺生长的单晶最大直径达到 3 英寸，VGF 工艺尚处于研发中；在晶体重量方面，国外达到 50Kg，国内目前只有 20Kg 左右；在材料性能方面，国外可以将整锭单晶的电阻率控制在（1～3）×10 7 Ωcm，国内目前只是控制在大于 1×10 7 Ωcm，有时可能达到 1×10 8 Ωcm 以上；在表面几何参数方面，国外 6 英寸抛光片的TTV 可以达到 2µm，国内在 6µm 左右，在表面质量方面，国外通过多种技术途径达到了“开盒即用”，国内还有一定差距。中国砷化镓材料产业发展建议及战略发展思路
5.1 发展 砷化镓材料产业的建议
砷化镓材料于上世纪九十年代初到九十年代末，其产量与产值基本保持每年百分之十几的增长趋势，到九十年代末期增长速度加快。近几年砷化镓相关产业以每年 35%的增长速度递增；其增长最快的几个领域是，移动通信、卫星通讯、光纤通讯、半导体照明，增长速率在 40%以上。砷化镓相关产业 1999 年产值已超过 20 亿美元，到 2005 年超过了 100 亿美元。
国内开展砷化镓单晶材料的研究已有 20 多年历史，在了 LEC 和 HB 生长砷化镓单晶材料水平均方面和国际产品水平相当，特别是目前中科镓英公司已实现 LEC 砷化镓单晶及各种类型砷化镓晶片加工的产业化生产，可以说已经具备了快速发展的基本条件。
砷化镓材料产业是现代信息产业链中最重要的基础产业之一。国家已把微电子作为重点发展行业，砷化镓已被列入中国信息产业“十五”期间重点产品。
首先它将推动相关的砷化镓光电子器件、砷化镓微电子器件、电路的产业化发展，进而推动如半导体照明、移动电话、卫星定位系统、无线数据传输、卫星直播系统、高速测量系统等多领域的发展。砷化镓材料的产业化不仅推动其下游领域的产业化发展，同时还将带动其上游领域的发展。我国是金属镓资源的富国，砷化镓材料的产业化将带动高纯镓产业的迅速发展。
把砷化镓当成产业链的源头是正确的。从整个产业链的角度来说，砷和镓是很小的产业，但到了砷化镓的时候，这个产业就很大了，而到了器件电路的时候产业就更大了。按照粗略的估算可以认为，它们之间符合 1：10：100 ：1000 的比例。假如器件和电路有300 亿美元的市场，那么砷化镓晶片和外延片市场大约会有30 亿美元。
5.2 砷化镓材料产业的特性
（1）非标准化产品，量产不易:
砷化镓产品并非标准化产品，每个产品特性皆因客户要求的不同而异，因此无法像矽晶圆厂般量产.（2)认证时间长，单价高，订单稳定性佳:
由於砷化镓产品的品质控制仍不稳定，所以 IDM 大厂认证作业时间长，通常初次测试加上 reliability 测验约需 8 个月以上，但是单价高且订单稳定性佳.（3)客户稳定性佳:
砷化镓产品为客制化产品，所以必须与客户紧密配合，共同开发新产品.由於与客户长期配合新产品的开发，且经过客户长期的测试与验证，使得客户将不会轻易转移订单，客户的稳定性佳.（4）进入障碍高:
砷化镓域发展过去受限於国防工业，具人才稀有性，产业量产制程的研发时程尚短，因此较矽晶圆代工制程落后，使得目前的制程稳定度控制不易，技术障碍极高，良率的高低为该行业目前决胜要点.鉴于镓市场变化特点及世界镓生产公司采用的通行办法，对于上街区企业要进入镓的生产和市场，建议企业最好是采用与化合物半导体厂家建立合资公司的方式，一是获得稳定的市场，二是能避免市场突变的巨大风险。
5.3 发展砷化镓材料产业的战略思路
（1）从国民经济发展、国防安全的需要和电子信息技术的发展规律考虑战略发展思路。
当今社会已进入信息时代。信息社会的标志是大容量信息的快速采集、处理、传输及存储，其依赖的技术基础是微电子技术。过去 30 多年来，微电子技术一直以硅为主。硅微电子技术的发展基本上遵循摩尔法则，即集成在芯片上的 MOS 晶体管数量每隔 18 个月翻一番，这是通过不断技术进步，逐渐减少器件线宽尺寸来实现的。但这种线宽尺寸的减小是有限度的，硅微电子终将受物理极限尺寸和 SiO 2 介电性质的限制，据预计，这种发展模式最多能持续 10~15 年左右时间，速度、频率的进一步提高将非常困难。而现代社会产生的信息量却呈爆炸之势，因此，在可预见的不久的将来，硅微电子技术无法适应信息社会的发展必将成为不争的事实，取而代之的或在一定领域内取而代之的将是化合物微电子。化合物微电子主要以III-V族化合物半导体材料为基础。该类材料（典型的如 GaAs、InP 等）由于具有电子迁移率高、禁带宽度大等特点，其器件和集成电路在工作速度、频率等方面具有硅器件/电路不可比拟的优势，而这些正好符合大容量信息快速采集、处理、传输的要求，同时，多种III-V族化合物半导体材料不仅可以制作优良的微电子器件，同时还可以制作光电子器件，因此化合物微电子、光电子技术近年来发展十分迅速，在许多国民经济的高技术领域和军用电子领域应用十分广泛，发挥着十分重要的作用，因此，从国民经济发展、国防安全的需要和电子信息技术的发展规律出发，优先发展化合物微电子特别是其基础的III-V族化合物半导体材料是非常重要的。
（2）从现有的技术基础考虑战略发展思路
由于在国民经济和国防安全中的重要性，长期以来，在国家各有关计划的支持下，化合物微电子、光电子技术得到了迅速发展，与国外差距已不是很大，具备了在这一领域在国际上占据一席之地的技术基础。以 GaAs 材料为例，从“七五”计划开始，国家重大科技攻关、“863”重大专项、军事预研、军品攻关、技措技改等多渠道支持材料和器件的研制，使得该领域的研制技术已与国外相当。因此在现有基础上只要再有适量投入，即可赶上或超过国际先进水平，占领电子信息技术制高点，实现微电子技术的跨越式发展。
（3）从产业发展的需求考虑战略发展思路
随着国家科技体制改革的不断深入，拥有化合物微电子技术的各研究单位正在实施该领域的产业化，同时国内外多家有实力的公司看好该领域的良好发展前景，也在积极地涉足 5
该领域的产业化工作，使得化合物微电子的产业化呈现如火如荼态势。仍以 GaAs 为例，单晶材料方面，即有中电科技集团四十六所、中科镓英、北京国瑞、大庆佳昌、福州晶阵等公司在开展产业化工作，外延材料方面，有山东华光、厦门三安、青岛澳龙、广州普光、河北汇能等多家在进行产业化工作，器件/电路方面，中电科技集团十三所、五十五所的引进线正在紧张地试生产，深圳市贝光通科技有限公司、矽感科技有限公司等四家公司共投资 7.5 亿元的 GaAs 电路项目已落户矽感科技园。因此 GaAs 微电子的产业链已初具规模，此时更迫切需要国家予以必要的支持，解决实现产业化的一些关键技术，构建起我国化合物半导体材料的产业群。
（4）从发展效果考虑战略发展思路
大力发展化合物微电子可以实现二个效果。一方面，由于化合物微电子、光电子技术代表着电子信息技术的最前沿领域，该领域的产业化意味着我国电子信息技术的跨越式发展；另一方面，近年来，由于经济不景气等因素影响，西方各国在化合物微电子领域逐渐收缩。以 GaAs 单晶材料为例，美国原有三个生产厂家，其中生产规模最大的 Litton Airtron 公司已经关闭，整条生产线已被中电科技集团四十六所收购。生产规模居第二位的 AXT 公司全部生产线已转移至中国。目前只有最小的M/A-COM 公司处于半停产状态。日本原有 GaAs 材料生产厂家近十家，目前只有二家规模最大的住友电工、日立电线仍在维持，但近来一直也在和国内企业探讨，向中国转移生产线或合作生产的可能性。因此存在这样的可能，即中国的 GaAs 材料形成生产规模、加入该领域的竞争后，国际 GaAs 材料产能将进一步向中国集中，届时中国 GaAs 材料生产与出口将具有举足轻重的份量，一旦国际形势出现风吹草动，GaAs材料可以作为中国政府的战略物资，制约某些国家诸多高技术领域特别是国防领域的运转。结论
砷化镓材料是最重要的半导体材料之一，其应用领域不断扩大，产业规模也在急剧扩张，在民用与军事领域发挥着不可替代的作用。由于种种原因，我国的砷化镓材料产业发展速度迟缓，与国际先进水平的差距还很大。砷化镓材料的发展方向是大直径、低缺陷、工业化大规模生产。欧、美、日等发达国家在此方面占有绝对优势，我国应充分发挥国家和企业的力量，加大对砷化镓材料研发的投入力度，尽快赶上国际先进水平。
参考文献：
【1】《砷化镓：应用广泛的半导体材料》
江莹 2004年
【2】《砷化镓材料国内外现状及发展趋势》
中国电子科技集团
纪秀峰 【3】《砷化镓调研报告》
中国电子材料行业协会
【4】《半导体材料》
杨树人
科学出版社
第二篇：砷化镓材料及其市场应用
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Ericsson；
Conexant主要供应CDMA系统的PA为主,主要客户Ericsson 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。
第三篇：氮化镓半导体材料
氮化镓半导体研究
一．物理背景
自20世纪60年代，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的发展非常迅速，它具有体积小、耐冲击、寿命长、可靠度高与低电压低电流操作等优良的特性，适用于在各种环境的使用，而且符合未来环保节能的社会发展趋势。初期的以砷化镓(GaAs)、铝铟磷镓(AIGalnP)材料为基础之发光二极管，实现了红光至黄绿光波段的电激发光。近年来，以氮化镓(GaN)为代表的新一代半导体材料技术上
氮化镓半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等独特的特性，在光显示、光存储、光探测等光电子器件和高温、高频大功率电子等微电子器件领域有广阔的应用前景，其中最引人瞩目的是作为发光材料的应用，由于氮化镓能与氮化铟(INN)和氮化铝(AIN)形成三元或四元化合物，如此借着改变IlI族元素的比例，便能使发光波长涵盖红外光到紫外光的范围，另外将发蓝光的氮化镓基发光二极管配以可激发出黄绿光的荧光粉，从而混合发出白光，应用前景非常广泛，除了应用于指示灯、灯饰、手电筒等普通市场，氮化镓基发光二极管还应用于手机及手提电脑背光源、交通灯、户外全彩显示屏等市场，但氮化镓基发光二极管最有前景的应用还是在普通照明市场。
二．GaN的应用
高效节能、长寿命的半导体照明产品正在引领照明业的绿色变革。随着第三代半导体材料氮化镓的突破和蓝、绿发光二极管的问世，世界各国纷纷投入巨资推出国家级半导体照明计划。
GaN属宽禁带半导体，直接带隙3．4eV，在长寿命、低能耗、短长半导体发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、紫外探测器以及高温微电子器件等方面有广阔的应用前景,GaN器件的广泛应用将预示着光电信息乃至光子信息时代的来临，因此，以GaN为代表的第三代半导体材料被誉为信息产业新的发动机。GaN基半导体材料，包括GaN、A1N和InN，都是直隙半导体材料，因而有很高的量子效率。用GaN、A1N和InN这三种材料按不同组份生成的固溶体，其禁带宽度可在O．7eV到6．2eV之间变化。这样，用这些固溶体制造发光器件，是光电集成材料和器件发展的方向，其主要应用领域包括：
(1)当前在国内外非常受人瞩目的半导体照明是一种新型的高效、节能和环保光源，将取代目前使用的大部分传统光源，被称为21世纪照明光源的革命，而GaN基高效率、高亮度发光二极管(LED)的研制是实现半导体照明的核心技术和基础。以LED为代表的半导体光源，具有节能、长寿命、免维护、环保等优点，目前己被广泛的应用于大屏幕平板显示和交通信号灯以及显示指示灯，并逐渐向通用照明领域发展，目前实验室水平的白光LED发光强度已经达到131 lm／w。
（2）CD、DVD的光存储密度与作为读写器件的半导体激光器的波长的平方成反比，目前流行的CD、DVD的激光读写头分别采用波长为780nm、650nm的AIGaAs／AIGalnP材料，存储容量分别为700MB，4．7GB。若用波长为410rim的InGaN／GaN蓝光激光器代替，光盘的存储容量将高达27GB，将会成为光存储和处理的主流技术。
（3）适合制作紫外探测器件。当在强可见光和红外辐射背景中探测紫外信号时，要尽量避免或减少紫外信号以外的背景信号干扰。以GaN做成的紫外探测器，克服了Si探测器在紫外波段探测效率低、需要复杂的滤光系统等弱点。而氮化物特别是AIGaN，可以制成日光盲紫外探测器，其截止波长为200．356nm。在这个范围的探测器可以用于火焰探测、燃烧诊断、光谱学和紫外监视，AIGaN探测器还有重要的军事用途，可用于导弹制导和导弹预警防御系统。
(4)由于GaN基材料有禁带宽度大、击穿电压高、电子饱和速率高、热稳定性好、抗腐蚀性强等优点，被广泛用于制作高电子迁移率晶体管、双极晶体管、场效应晶体管等微电子器件，适合在高温、大功率及恶劣环境下工作⋯11。高温、高频、高功率微波器件是无线通信、国防等领域急需的电子器件，如果目前使用的微波功率管的输出功率密度提高一个数量级，微波器件的工作温度提高到300℃，将解决航天航空用电子装备和民用移动通信系统的一系列难题。
三.GaN的制备方法
3.1
由于GaN体单晶非常难以获得，即便是已有一些研究报道对GaN体单晶生长取得了一定进展，但它们的质量还无法达到作衬底的要求。因此现今对GaN的研究都集中在以异质材料(如A1203、SiC、Si等)为衬底的外延生长薄膜上。随着异质外延技术的进步，现在已经可以在特定的衬底材料上外延生长获得质量优良的GaN外延层，这也使得GaN材料体系的应用得到了迅速发展，异质外延技术成为了制备GaN薄膜的主要方法。
3.1生长工艺
GaN的外延生长一般有以下几种工艺：金属有机化学气相沉积(Metal OrganicChemical Vapor Deposition)，分子束外延(Molecular Beam Epitaxy)，卤化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy)，此外还有比较新颖的横向外延过生长(LateralEpitaxially Overgrown)以及悬空外延(PE)等工艺。其中MOCVD和MBE是制各GaN及其相关多层结构薄膜的两大主流技术，它们各有独自的特点。然而从实用商品化技术方
面考虑，MOCVD方法由于其设备相对简单、造价相对较低、生长速度快等特点成为了外延生长GaN最主流的方法。本文所研究的GaN均采用MOCVD方法制备，因此这里只以其为例作简要介绍。
3.2金属有机化学气相沉积法(MOCVD)
MOCVD又称MOVPE(金属有机气相外延)。MOCVD法用III族元素的有机 化合物和V族元素的氢化物作为原材料，通过氢气或氮气等载运气体带入反应室在高温加热的衬底上外延成化合物单晶薄膜。反应时的关键是避免有机分子中的C沉积下来污染样品。MOCVD生长的优点是：(1)金属有机分子一般为液体，可以通过精确控制流过金属有机分子液体的气体流量来控制金属有机分子的量，控制形成的化合物的组分，易于通过精确控制多种气体流量来制备多组元化合物：(2)易于掺杂，MOCVD从气相可实现原位掺杂；(3)易于通过改变气体制备界面陡峭的异质结或多层不同组分的化合物；(4)可以通过改变III族源气体流量在O．05～1．0um／min的大范围内控制化合物的生长速度。此外，MOCVD方法具有产量大、生长周期短的特点，到目前为止，它是唯一实现产业化生产GaN基器件的制备方法。
3.2
ZnO和GaN具有相近的晶格结构，二者都具有六方纤锌矿结构，口轴和c轴晶向的失配率分别仅为1．9％和O．4％，所以ZnO的一个重要应用就是作为GaN薄膜生长的缓冲层．同时ZnO纳米材料也是研究的热点之但当用氨气作为GaN生长的反应气体时，高温下ZnO会在氨气气氛中挥发，所以应用ZnO作缓冲层时一般在较低温度下生长GaN薄膜．实验中在900℃下通过氨化ZnO／GaO。薄膜合成出六方纤锌矿结构的GaN纳米线，以此来制作合成GaN纳米线。．反应的过程可由方程式(1)～
(3)给出：
NH3一N2+H2(1)
Ga203+H2一Ga20(g)+H20(g)(2)
Ga20+NH3一GaN+H20(g)(3)
结论：利用射频磁控溅射和高温氨化法在Si衬底上生长出GaN纳米线，生长过程中ZnO层的挥发起到了辅助的作用．XRD测量结果显示所制备的纳米线为六方纤锌矿结构，扫描电镜观测和能谱测试表明ZnO已全部挥发，借助ZnO的挥发作用而生成的汽相Ga。O与NH。反应生成了GaN纳米线，附着在未反应的Ga。O。层的上面．利用透射电镜和选区电子衍射分析了所生成的GaN纳米线的形貌和结构，初步分析了利用此种方法合成GaN纳米线的生长机制．
四．总结
本文简单介绍了半导体行业GaN材料的物理背景，简单的制作方法，和应用前景，通过这些资料的收集，这对我们来说也是课外学习的收
获。我们也相信通过这学期《半导体物理材料》课程的学习，能丰富我们的专业知识，让我们对自己将来的科研研究有个新的认识。
第四篇：砷化镓材料国内市场供应现状及主要需求
砷化镓材料国内市场供应现状及主要需求
1.国内砷化镓材料发展现状
目前中国的砷化镓材料生产企业主要以LED用低阻砷化镓晶片为代表的低端市场为主，利润率较高的微电子用4-6英寸半绝缘晶片还没有形成产业规模。中国大陆从事砷化镓材料研发与生产的公司主要有：北京通美晶体技术有限公司（AXT）、中科晶电信息材料（北京）有限公司、天津晶明电子材料有限责任公司（中电46所）、北京中科镓英半导体有限公司、北京国瑞电子材料有限责任公司、扬州中显机械有限公司、山东远东高科技材料有限公司、大庆佳昌科技有限公司、新乡神舟晶体科技发展有限公司（原国营542厂）等九家。
北京通美是美国AXT独资子公司，其资金、管理和技术实力在国内砷化镓材料行业首屈一指，产品主要以VGF法4、6英寸半绝缘砷化镓材料为主。其在高纯镓、高纯砷、高纯锗以及氮化硼坩埚等方面均有投资，有效地控制了公司成本，2009年销售收入8 000万美元，短期内国内其它各公司还难以和北京通美形成真正的竞争。
中科晶电成立于2006年，主要从事VGF砷化镓单晶生长和抛光片生产，该公司为民营企业，总投资为2 500万美元，在高纯砷和高纯镓方面也已投资建厂。2009年月产2英寸砷化镓晶片10万片，2010年月产达到15万片。该公司是目前国内发展速度最快的砷化镓企业。
天津晶明公司成立于2007年，由中国电子科技集团公司第四十六研究所投资，注册资本1400万元，总投入约5 000万元。主要产品为2英寸LED用VB法低阻砷化镓晶体及抛光片，兼顾少量3~4英寸半绝缘砷化镓单晶材料。目前拥用LEC单晶炉4台，VB单晶炉60台，已建成一条完整的单晶生长及抛光片加工生产线，目前月产约为3万片。
中科镓英公司成立于2001年，晶体生长只有两台LEC单晶炉，目前主要在国内购买HB或VGF砷化镓单晶进行抛光片加工，销售对象主要是国内的LED外延企业，月产约2~3万片。
北京国瑞公司和扬州中显公司主要生产2～2.5英寸HB砷化镓单晶，山东远东公司主要生产2英寸LEC（或称LEVB）砷化镓单晶，这三家公司的产品主要针对LED市场，其单晶质量、成品率以及整体经营状况都很稳定。这三家公司目前都没有晶片加工工序，只能将单晶卖给其它公司进行加工。
大庆佳昌原主要从事LEC砷化镓单晶生长，曾生长出8英寸LEC砷化镓单晶样品。2009年争取到政府立项投资1.3亿元，转向以VGF工艺生产LED用低阻砷化镓材料，目前已完成厂房建设和小试生产，其产品定位主要在4英寸市场。
新乡神舟公司主要从事LEC和HB砷化镓单晶生长，近期开始进行VGF法砷化镓工艺研究，目前的市场定位还不是很明确，主要以承担军工科研任务为主。
2.砷化镓应用领域及市场需求
2.1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。
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。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%。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。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。
2.6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。.我国砷化镓材料发展趋势
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，部分民营企业开始涉足这个行业，发展速度有所加快，但也仅限于LED用的低端砷化镓材料，集成电路和功率器件用的大直径半绝缘砷化镓材料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基本全部依赖进口。
目前，国内的半绝缘砷化镓材料，在常规电学指标上与国外水平大体相当，但是材料的微区特性、晶片精密加工和超净清洗封装方面与国外差距很大。由于现在国内正处在从多研少产向批量生产过渡的阶段，正在逐步解决材料的电学性能均匀性差、批次间重复性差等问题，缺乏材料和典型器件关系验证。另外关键设备落后也是造成上述局面的原因之一。
我国砷化镓材料发展趋势将主要体现在以下几个方面：
① 增大晶体直径，目前发达国家6英寸的半绝缘砷化镓产品已经商用化，国内4英寸产品还没有实现商用，这方面差距还比较大；
② 降低单晶的缺陷密度，特别是位错，提高材料的电学和光学微区均匀性； ③ 提高抛光片的表面质量，针对MOCVD和MBE外延需求，提供“开盒即用”（Epi-ready）产品；
④ 研发具有自主知识产权的新工艺，近年国内外VGF砷化镓生长技术发展很快，已经成为砷化镓材料主流技术，但核心技术仍掌握在少数国际大公司手中，应在VGF设备和工艺方面加大投入力度。
第五篇：2018年6英寸砷化镓晶圆制造项目可行性研究报告(目录)
2018年6英寸砷化镓晶圆制造项目
可行性研究报告
编制单位：北京智博睿投资咨询有限公司
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资管理中，可行性研究是指对拟建项目有关的自然、社会、经济、技术等进行调研、分析比较以及预测建成后的社会经济效益。在此基础上，综合论证项目建设的必要性，财务的盈利性，经济上的合理性，技术上的先进性和适应性以及建设条件的可能性和可行性，从而为投资决策提供科学依据。
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关联报告：
6英寸砷化镓晶圆制造项目建议书 6英寸砷化镓晶圆制造项目申请报告
6英寸砷化镓晶圆制造项目资金申请报告 6英寸砷化镓晶圆制造项目节能评估报告 6英寸砷化镓晶圆制造项目市场研究报告 6英寸砷化镓晶圆制造项目商业计划书
6英寸砷化镓晶圆制造项目PPP物有所值评价报告 6英寸砷化镓晶圆制造项目PPP财政承受能力论证报告 6英寸砷化镓晶圆制造项目PPP实施方案
可行性研究报告大纲（具体可根据客户要求进行调整）第一章 6英寸砷化镓晶圆制造项目总论 第一节 6英寸砷化镓晶圆制造项目概况 1.1.16英寸砷化镓晶圆制造项目名称 1.1.26英寸砷化镓晶圆制造项目建设单位 1.1.36英寸砷化镓晶圆制造项目拟建设地点 1.1.46英寸砷化镓晶圆制造项目建设内容与规模 1.1.56英寸砷化镓晶圆制造项目性质
1.1.66英寸砷化镓晶圆制造项目总投资及资金筹措 1.1.76英寸砷化镓晶圆制造项目建设期
第二节 6英寸砷化镓晶圆制造项目编制依据和原则 1.2.16英寸砷化镓晶圆制造项目编辑依据 1.2.26英寸砷化镓晶圆制造项目编制原则 1.36英寸砷化镓晶圆制造项目主要技术经济指标
1.46英寸砷化镓晶圆制造项目可行性研究结论 第二章 6英寸砷化镓晶圆制造项目背景及必要性分析 第一节 6英寸砷化镓晶圆制造项目背景 2.1.16英寸砷化镓晶圆制造项目产品背景 2.1.26英寸砷化镓晶圆制造项目提出理由 第二节 6英寸砷化镓晶圆制造项目必要性
2.2.16英寸砷化镓晶圆制造项目是国家战略意义的需要
2.2.26英寸砷化镓晶圆制造项目是企业获得可持续发展、增强市场竞争力的需要
2.2.36英寸砷化镓晶圆制造项目是当地人民脱贫致富和增加就业的需要
第三章 6英寸砷化镓晶圆制造项目市场分析与预测 第一节 产品市场现状 第二节 市场形势分析预测 第三节 行业未来发展前景分析
第四章 6英寸砷化镓晶圆制造项目建设规模与产品方案 第一节 6英寸砷化镓晶圆制造项目建设规模 第二节 6英寸砷化镓晶圆制造项目产品方案
第三节 6英寸砷化镓晶圆制造项目设计产能及产值预测 第五章 6英寸砷化镓晶圆制造项目选址及建设条件 第一节 6英寸砷化镓晶圆制造项目选址 5.1.16英寸砷化镓晶圆制造项目建设地点
5.1.26英寸砷化镓晶圆制造项目用地性质及权属 5.1.3土地现状
5.1.46英寸砷化镓晶圆制造项目选址意见 第二节 6英寸砷化镓晶圆制造项目建设条件分析 5.2.1交通、能源供应条件 5.2.2政策及用工条件 5.2.3施工条件 5.2.4公用设施条件 第三节 原材料及燃动力供应 5.3.1原材料 5.3.2燃动力供应
第六章 技术方案、设备方案与工程方案 第一节 项目技术方案 6.1.1项目工艺设计原则 6.1.2生产工艺 第二节 设备方案
6.2.1主要设备选型的原则 6.2.2主要生产设备 6.2.3设备配置方案 6.2.4设备采购方式 第三节 工程方案 6.3.1工程设计原则
6.3.26英寸砷化镓晶圆制造项目主要建、构筑物工程方案 6.3.3建筑功能布局 6.3.4建筑结构
第七章 总图运输与公用辅助工程 第一节 总图布置 7.1.1总平面布置原则 7.1.2总平面布置 7.1.3竖向布置
7.1.4规划用地规模与建设指标第二节 给排水系统 7.2.1给水情况 7.2.2排水情况 第三节 供电系统 第四节 空调采暖 第五节 通风采光系统 第六节 总图运输
第八章 资源利用与节能措施 第一节 资源利用分析 8.1.1土地资源利用分析 8.1.2水资源利用分析 8.1.3电能源利用分析 第二节 能耗指标及分析
第三节 节能措施分析 8.3.1土地资源节约措施 8.3.2水资源节约措施 8.3.3电能源节约措施 第九章 生态与环境影响分析 第一节 项目自然环境 9.1.1基本概况 9.1.2气候特点 9.1.3矿产资源 第二节 社会环境现状 9.2.1行政划区及人口构成 9.2.2经济建设
第三节 项目主要污染物及污染源分析 9.3.1施工期 9.3.2使用期
第四节 拟采取的环境保护标准 9.4.1国家环保法律法规 9.4.2地方环保法律法规 9.4.3技术规范 第五节 环境保护措施 9.5.1施工期污染减缓措施 9.5.2使用期污染减缓措施
9.5.3其它污染控制和环境管理措施 第六节 环境影响结论
第十章 6英寸砷化镓晶圆制造项目劳动安全卫生及消防 第一节 劳动保护与安全卫生 10.1.1安全防护 10.1.2劳动保护 10.1.3安全卫生 第二节 消防
10.2.1建筑防火设计依据 10.2.2总面积布置与建筑消防设计 10.2.3消防给水及灭火设备 10.2.4消防电气 第三节 地震安全
第十一章 组织机构与人力资源配置 第一节 组织机构
11.1.1组织机构设置因素分析 11.1.2项目组织管理模式 11.1.3组织机构图 第二节 人员配置
11.2.1人力资源配置因素分析 11.2.2生产班制 11.2.3劳动定员
表11-1劳动定员一览表 11.2.4职工工资及福利成本分析 表11-2工资及福利估算表 第三节 人员来源与培训
第十二章 6英寸砷化镓晶圆制造项目招投标方式及内容 第十三章 6英寸砷化镓晶圆制造项目实施进度方案 第一节 6英寸砷化镓晶圆制造项目工程总进度 第二节 6英寸砷化镓晶圆制造项目实施进度表 第十四章 投资估算与资金筹措 第一节 投资估算依据
第二节 6英寸砷化镓晶圆制造项目总投资估算
表14-16英寸砷化镓晶圆制造项目总投资估算表单位：万元 第三节 建设投资估算
表14-2建设投资估算表单位：万元 第四节 基础建设投资估算
表14-3基建总投资估算表单位：万元 第五节 设备投资估算
表14-4设备总投资估算单位：万元 第六节 流动资金估算
表14-5计算期内流动资金估算表单位：万元 第七节 资金筹措 第八节 资产形成
第十五章 财务分析 第一节 基础数据与参数选取
第二节 营业收入、经营税金及附加估算
表15-1营业收入、营业税金及附加估算表单位：万元 第三节 总成本费用估算
表15-2总成本费用估算表单位：万元 第四节 利润、利润分配及纳税总额预测
表15-3利润、利润分配及纳税总额估算表单位：万元第五节 现金流量预测 表15-4现金流量表单位:万元 第六节 赢利能力分析 15.6.1动态盈利能力分析 16.6.2静态盈利能力分析 第七节 盈亏平衡分析 第八节 财务评价 表15-5财务指标汇总表
第十六章 6英寸砷化镓晶圆制造项目风险分析 第一节 风险影响因素 16.1.1可能面临的风险因素 16.1.2主要风险因素识别 第二节 风险影响程度及规避措施 16.2.1风险影响程度评价
16.2.2风险规避措施 第十七章 结论与建议
第一节 6英寸砷化镓晶圆制造项目结论 第二节 6英寸砷化镓晶圆制造项目建议
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