隨著第三代半導(dǎo)體鋒芒畢露，第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵隱隱暗淡，但憑借耐熱、抗輻射、發(fā)光效率等優(yōu)良特性在微電子與光電領(lǐng)域被寄予厚望。近期，市場(chǎng)傳來新動(dòng)態(tài)：英國(guó)政府將購(gòu)買Coherent旗下位于英國(guó)達(dá)勒姆郡NewtonAycliffe的化合物半導(dǎo)體制造工廠，以鞏固本土化合物半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。

英國(guó)，將收獲一座砷化鎵工廠

當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月27日，材料、網(wǎng)絡(luò)和激光器領(lǐng)域垂直整合制造商Coherent宣布出售其位于英國(guó)達(dá)勒姆郡NewtonAycliffe的化合物半導(dǎo)體制造工廠。該工廠占地310,000平方英尺，位于Aycliffe商業(yè)園區(qū)。

圖片來源：Coherent官網(wǎng)截圖

Coherent首席執(zhí)行官JimAnderson表示，剝離NewtonAycliffe工廠是公司優(yōu)化投資組合和簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)努力的一部分，這使其能夠?qū)⑼顿Y和資本集中在公司最長(zhǎng)期增長(zhǎng)和盈利能力的領(lǐng)域。

此次交易的購(gòu)買方為英國(guó)政府，收購(gòu)價(jià)格為2700萬英鎊。該交易旨在確保英國(guó)用于軍事應(yīng)用的化合物半導(dǎo)體的供應(yīng)鏈。該晶圓廠仍以II-VI Compound Semiconductor的名義運(yùn)營(yíng)，但將更名為Octric Semiconductors UK，管理內(nèi)容大致相同。實(shí)施治理的工作已經(jīng)開始，以確保適當(dāng)?shù)呢?cái)務(wù)監(jiān)督，這將是政府的一個(gè)新因素。英國(guó)國(guó)防大臣約翰·希利表示，這項(xiàng)戰(zhàn)略投資將確保該工廠在未來能夠生產(chǎn)砷化鎵半導(dǎo)體以及更強(qiáng)大的半導(dǎo)體，其中包括最新技術(shù)。

細(xì)看該工廠的歸屬之路也是幾經(jīng)轉(zhuǎn)折，最初是由富士通于1991年開設(shè)，隨后于1999年被Filtronic Compound Semiconductors收購(gòu)，2008年被RF Micro Devices收購(gòu)，2013年被Compound Photonics收購(gòu)，最后于2017年被Kaiam Corp收購(gòu)，并在數(shù)月內(nèi)出售給前II-VI Incorporated（現(xiàn)為Coherent Corp.）。Coherent使用該工廠為通信、航空航天和國(guó)防客戶制造基于III-V compounds（三五族化合物）的RF微電子和光電子器件。

II-VI Incorporated公司成立于1971年，于2022年收購(gòu)Coherent公司，并將公司名稱改為如今的Coherent Corp。該公司是美國(guó)一家光學(xué)材料、網(wǎng)絡(luò)、激光器的垂直整合制造商，于1987年上市，并在2023年改為紐約證券交易所上市交易股票。

其中，Coherent材料部門是領(lǐng)銜的工程材料與光電儀器供應(yīng)商，例如由硒化鋅、硫化鋅、砷化鎵、磷化銦、銻化鎵，以及碳化硅等元素制成的光電儀器。產(chǎn)品包含光纖激光、半導(dǎo)體激光、碳化硅與半導(dǎo)體材料、集成電路、垂直腔面射型激光器/垂直共振腔面射型激光(VCSEL)、熱電效應(yīng)元件與系統(tǒng)，以及激光頭等產(chǎn)品。

砷化鎵，大有可為

資料顯示，砷化鎵（GaAs）是第二代半導(dǎo)體的代表性化合物，屬于IIIA族、VA族化合物半導(dǎo)體材料，因其價(jià)格昂貴而素有“半導(dǎo)體貴族”之稱。砷化鎵具備工作溫度高、耐熱、抗輻射、發(fā)光效率等優(yōu)秀特性，用于制造微波頻率集成電路，單片微波集成電路，紅外發(fā)光極管，激光二極管，太陽(yáng)能電池和光學(xué)窗口等設(shè)備。

圖片來源：wikipedia

按照材料特性，砷化鎵可分為導(dǎo)電型砷化鎵和半絕緣砷化鎵。導(dǎo)電型砷化鎵應(yīng)用到光電子領(lǐng)域，單晶生長(zhǎng)方法有水平布里其曼法（HB）、垂直布里其曼法（VB法）以及垂直梯度凝固法（VGF法），單晶尺寸有Φ2”、Φ3”、Φ4”和Φ6”，以Φ4”為主，主要用于制作LED；半絕緣砷化鎵則應(yīng)用到微電子領(lǐng)域，單晶生長(zhǎng)方法有VGF、VB、液封直拉法（LEC），單晶尺寸有Φ4”和Φ6”，主要用于制作射頻(RF)功率器件。此外，砷化鎵還有另一種模擬生長(zhǎng)工藝方法，是通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)砷化鎵的晶體生長(zhǎng)數(shù)值模擬，例如利用FEMAG/VB能模擬VB、VGF法生長(zhǎng)工藝，利用FEMAG/Cz能模擬CZ法生長(zhǎng)工藝。 

其中砷化鎵最大應(yīng)用市場(chǎng)是射頻領(lǐng)域，因具有抗干擾、低雜訊與耐高電壓、耐高溫與高頻使用等特性，因此特別適合應(yīng)用于無線通信中的高頻傳輸領(lǐng)域，現(xiàn)在越來越多被應(yīng)用于射頻前端元件。采用GaAs基板生產(chǎn)的射頻（RF）器件廣泛應(yīng)用于無線通信應(yīng)用，例如無線網(wǎng)絡(luò)（WLAN）、4G/5G基站、移動(dòng)通信、衛(wèi)星和Wi-Fi通信。而隨著5G時(shí)代的呼吁，GaAs仍將主導(dǎo)智能手機(jī)PA （射頻功率放大器） 市場(chǎng)，市場(chǎng)對(duì)其將有著高度需求。

另外，砷化鎵具備高電光轉(zhuǎn)化效率特性，制作出的發(fā)光二極管(LED)、激光器(LD)、光探測(cè)器等各類光電器件在以背光顯示、半導(dǎo)體照明、汽車、智能手機(jī)、可穿戴和安防設(shè)備等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

業(yè)界認(rèn)為，砷化鎵性能優(yōu)異，電子遷移率和光電轉(zhuǎn)化效率高，在微電子和光電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其在5G商用化進(jìn)程中，將發(fā)揮無可替代的作用。市場(chǎng)預(yù)期，到2025年，砷化鎵規(guī)模將有約10%的年復(fù)合成長(zhǎng)率。

砷化鎵三雄鼎立，國(guó)內(nèi)加速競(jìng)爭(zhēng)

目前，砷化鎵產(chǎn)業(yè)鏈主要由歐美為主，日本的住友、德國(guó)的Freiberger和美國(guó)的AXT公司，三雄幾乎占據(jù)全球半絕緣型襯底一大半江山。國(guó)外生產(chǎn)商以提供半絕緣砷化鎵為主，其銷售市場(chǎng)也位于中國(guó)大陸以外。

圖片來源：拍信網(wǎng)

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商只提供導(dǎo)電型砷化鎵，銷售市場(chǎng)有中國(guó)大陸、中國(guó)臺(tái)灣、日本、韓國(guó)等，企業(yè)包含廈門三安和乾照光電等。據(jù)業(yè)界信息，導(dǎo)電型砷化鎵85%用作可見光LED襯底，10%用作LED光電探測(cè)器，5%用作紅外LED襯底。

今年，不少國(guó)內(nèi)廠商傳來新消息。例如，5月31日，廣東先導(dǎo)稀材股份有限公司半導(dǎo)體激光雷達(dá)及傳感器件產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目簽約德州天衢新區(qū)，總投資50億元。根據(jù)協(xié)議，雙方將投資建設(shè)半導(dǎo)體激光雷達(dá)及傳感器件產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，引進(jìn)激光雷達(dá)、半導(dǎo)體激光器、光收發(fā)器件等自動(dòng)化生產(chǎn)、檢測(cè)及輔助系統(tǒng)等設(shè)備，主要產(chǎn)品為激光雷達(dá)及傳感器件，項(xiàng)目預(yù)計(jì)今年6月底開工建設(shè)，建設(shè)期18個(gè)月。而砷化鎵正是可以制造出高效的激光發(fā)射器的重要材料。資料指出，先導(dǎo)科技集團(tuán)是全球最大稀散金屬生產(chǎn)企業(yè)，在半導(dǎo)體襯底領(lǐng)域，公司砷化鎵襯底材料出貨量全球第一，該公司還可生產(chǎn)磷化銦襯底和鍺襯底。

8月3日，格創(chuàng)·華芯砷化鎵晶圓生產(chǎn)基地進(jìn)入設(shè)備安裝階段，預(yù)計(jì)年內(nèi)正式投產(chǎn)。該項(xiàng)目總投資33.87億元，分兩階段建設(shè)，滿產(chǎn)產(chǎn)能15000片/月。此次實(shí)現(xiàn)設(shè)備進(jìn)機(jī)的主體工程項(xiàng)目，是華芯微電子首條6寸砷化鎵晶圓生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)化合物半導(dǎo)體微波集成電路（MMIC）及VCSEL 芯片，建成后將成為廣東省內(nèi)首家砷化鎵代工廠，預(yù)計(jì)今年11月竣工驗(yàn)收并工藝通線、2025年上半年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

業(yè)界分析，從我國(guó)目前砷化鎵行業(yè)現(xiàn)狀來看，大多集中于LED用的低端砷化鎵材料，而集成電路和功率器件用的大直徑半絕緣砷化鎵材料仍有少數(shù)國(guó)際大公司掌握，國(guó)內(nèi)所用的4-6英寸半絕緣砷化鎵晶片大部分依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)的半絕緣砷化鎵材料，在常規(guī)電學(xué)指標(biāo)上與國(guó)外水平大體相當(dāng)，但是材料的微區(qū)特性、晶片精密加工和超凈清洗封裝方面與國(guó)外差距很大。

砷化鎵材料是最重要的半導(dǎo)體材料之一，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在急劇擴(kuò)張，業(yè)界認(rèn)為，未來砷化鎵材料發(fā)展可以從增大晶體直徑、降低單晶的缺陷密度、提高拋光片的表面質(zhì)量、研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新工藝（如近幾年發(fā)展迅速的VGF砷化鎵生長(zhǎng)技術(shù)）等方面進(jìn)擊。

封面圖片來源：拍信網(wǎng)