摘要：砷化鎵(GaAs)材料是繼硅單晶之后第二代新型化合物半導體中最重要，用途最廣泛的材料之一，主要用于光電子產業和微電子產業。本文對砷化鎵材料應用與市場現狀進行了解析。

　　電子遷移率和光電轉化效率高，在微電子和光電子領域應用廣泛

　　砷化鎵屬III~V族化合物半導體，閃鋅礦型晶格結構，晶格常數5.65×10^-10m，熔點1238℃，禁帶寬度1.42V。與元素半導體Ge和Si相比，GaAs具有重要特性：禁帶寬度大，由于GaAs的禁帶寬度較大，本征激發比較困難，因此可制得耐高溫、耐高壓的大功率器件和半絕緣高阻材料;電子遷移率高，由于GaAs電子遷移率高，擴散系數也大，因此用GaAs作的器件相比用Ge和Si作的器件，可以在更高的頻率下工作；介電常數小，這使得GaAs器件的結電容比較小，器件可在更高頻率下工作；電子有效質量小，這一特性使得GaAs中的雜質電離能較小，即雜質在極低的溫度下仍然可以發生電離，不影響器件的正常工作；特殊的能帶結構，即導帶最低能級和價帶最高能級均位于布里淵區的中心，即k=0處。空穴對GaAs可直接躍遷禁帶寬度，使光電轉換效率高。

　　砷化鎵按照材料特性可分為導電型砷化鎵和半絕緣砷化鎵。導電型砷化鎵應用到光電子領域，單晶生長方法有HB、VB、VGF法，單晶尺寸有Φ2”、Φ3”、Φ4”和Φ6”，以Φ4”為主，主要用于制作LED。半絕緣砷化鎵應用到微電子領域，單晶生長方法有VGF、VB、LEC法，單晶尺寸有Φ4”和Φ6”，主要用于制作射頻(RF)功率器件。

　　在微電子領域，利用砷化鎵的電子遷移率高、禁帶寬度大、直接帶隙、消耗功率低等特性，制作的微波大功率器件、低噪聲器件、微波毫米波單片集成電路、超高速數字集成電路等以移動通信、光纖通信、衛星通信等代表的高技術通信領域以及廣播電視、全球定位、導航、超高速計算機、信息安全、雷達、軍工通信、軍工電子等領域都有廣泛的應用。

　　在光電子領域，利用砷化鎵的直接躍遷能帶結構具備的高電光轉化效率特性，制作的發光二極管(LED)、激光器(LD)、光探測器等各類光電器件在以背光顯示、半導體照明、汽車、智能手機、可穿戴和安防設備等領域都有廣泛的應用。砷化鎵材料的主要用途，見下表。

表1 砷化鎵材料的主要用途

（來源：五度易鏈行業研究中心）

　　國內廠商只提供導電型砷化鎵，國外產商以半絕緣砷化鎵為主

　　砷化鎵材料全球年產量約350t，產值4億美元，這將帶動下游芯片、器件、應用產品等數百億美元的產值。據Strategy Analytics 2017年的調查報告，2016年砷化鎵RF器件的年產值就達到75億美元。

　　2017年，國內的砷化鎵生產企業(不含美國AXT)，砷化鎵單晶全年銷量預計折合成2英寸晶片為1300萬片，產值預計為6億元，同比增長超過25%。2017年國內4英寸砷化鎵晶片銷量同比大幅增長，全年銷售片數超過2英寸晶片片數30%。

　　砷化鎵材料國內生產商只提供導電型砷化鎵，銷售市場有中國大陸、中國臺灣、日本、韓國等。砷化鎵材料國外生產商以提供半絕緣砷化鎵為主，其銷售市場也位于中國大陸以外。

　　半絕緣砷化鎵市場供不應求，導電型砷化鎵市場國內廠商靠低價競爭

　　砷化鎵在光電子領域和微電子領域市場份額各占一半左右，近十幾年市場總體小幅穩定增長。未來，光電用砷化鎵襯底需求以Φ4”為主，市場將小幅增長。2017年半絕緣砷化鎵需求大幅增長，以前半絕緣砷化鎵市場占有率較小的美國AXT公司在2017年第二、三季度出現產品供不應求的情況。而隨著砷化鎵功率放大器在智能手機、無線網絡中應用的增加，預計在未來5年，砷化鎵微電子市場年增長率將達到5%以上。目前國際上主要還是以Φ4”晶片為主，但隨著科技發展，預計幾年后將轉變為以Φ6”晶片為主。

　　導電型砷化鎵用戶基本集中在亞洲，中國大陸和中國臺灣占了市場的一大半，其他均在日本和韓國。導電型砷化鎵85%用作可見光LED襯底，10%用作LED光電探測器，5%用作紅外LED襯底。

　　在中國大陸，主要用戶是廈門三安和乾照光電，其中廈門三安是全球最大的LED制造商之一。他們生產的砷化鎵外延片有Φ2”和Φ4”，2017年以Φ4”為主。中國臺灣最大的用戶是晶元電，其生產的砷化鎵外延片基本從Φ2”轉為Φ4”。日本用戶其自身大部分自給自足，少量從中國采購。在導電型砷化鎵市場，國內各大生產企業近幾年一直處于低價惡性競爭的環境，造成各大企業基本都虧損。

　　結語

　　砷化鎵(GaAs)材料是繼硅單晶之后第二代新型化合物半導體中最重要的材料之一。其性能優異，電子遷移率和光電轉化效率高，在微電子和光電子領域應用廣泛，尤其在5G商用化進程中，將發揮無可替代的作用。國內廠商只提供導電型砷化鎵，一直處于低價競爭的市場環境中。國外廠商以提供半絕緣砷化鎵為主，市場一度供不應求。