砷化镓行业未来发展方向及市场发展概况的可行性研究

第一节 砷化镓的定义

砷化镓（galliumarsenide），化学式GaAs。黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不被非氧化性的酸侵蚀。（可行性研究）

第二节 砷化镓的技术工艺

中国掌握“半导体贵族”砷化镓单晶生产技术，作为第二代半导体，砷化镓单晶因其价格昂贵而素有“半导体贵族”之称。2001年7月31日，中国科学家宣布已掌握一种生产这种材料的新技术，使中国成为继日本、德国之后掌握这一技术的又一国家。北京有色金属研究总院宣布，国内成功拉制出了第一根直径4英寸的VCZ半绝缘砷化镓单晶。

据专家介绍，砷化镓可在一块芯片上同时处理光电数据，因而被广泛应用于遥控、手机、DVD计算机外设、照明等诸多光电子领域。另外，因其电子迁移率比硅高6倍，砷化镓成为超高速、超高频器件和集成电路的必需品。它还被广泛使用于军事领域，是激光制导导弹的重要材料，曾在海湾战争中大显神威，赢得“砷化镓打败钢铁”的美名。据悉，砷化镓单晶片的价格大约相当于同尺寸硅单晶片的20至30倍。尽管价格不菲，目前国际上砷化镓半导体的年销售额仍在10亿美元以上。在“十五”计划中，我国将实现该产品的产业化，以占据国际市场。

主流的工业化砷化镓生长工艺包括：直拉法（Cz法）、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）等。以上方法各有优劣，除了实际工艺制备的方法，另外一种就是通过计算机来实现砷化镓的晶体生长数值模拟，如利用FEMAG/VB能模拟VB、VGF法生长工艺，利用FEMAG/Cz能模拟CZ法生长工艺；国内北京有色金属研究总院在晶体生长过程中的微缺陷、以及熔体和气流流动对晶体生长过程的影响作出了有效的计算模拟，对晶体生长的制备起到了技术指导的作用。

第三节 砷化镓行业市场发展概况

20世纪八九十年代，在美国国防部“微波和毫米波单片集成电路”计划的推动下，砷化镓材料从实验室实现了规模化生产，美国最早实现了宽频谱砷化镓的器件军事应用。砷化镓微波器件技术最初应用在国防、太空科技及人造卫星通讯领域，从20世纪90年代末开始应用于无线通讯领域，如手机功率放大器、计算机产品、工业应用及无线电通信等方面。

我国也同期开展了半乡绝缘砷化镓材料研制，主要供应军用微波砷化镓器件的开发。从2003年起，我国启动了半导体照明工程，形成了从衬底、外延片生产、芯片制备、器件封装集成应用的完整产业链，同时也推动了半导体低阻砷化镓衬底产业的快速发展，先后形成了廊坊国瑞、北京中科镓英、北京中科晶电、天津晶明、新乡神舟、大庆佳昌、扬州中显、清远先导等砷化镓衬底材料生产企业。主要生产LED用5.08cm、10.16cm低阻半导体砷化镓产品。

第四节 砷化镓行业未来发展方向

砷化镓是一种重要的半导体材料。砷化镓的电阻率高、电子迁移率大，可以用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等，在制作微波器件和高速数字电路方面也得到了重要应用。

用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下会分解，故要生产理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高，一般企业技术不足难以掌握。

现阶段，砷化镓主要应用在半导体、太阳能电池、芯片和5G通讯等方面。

砷化镓在半导体上的应用

由于砷化镓半导体材料的优越性及特殊性，未来将会是集成电路的重要发展方向，国家也正在大力支持该行业的发展。从2016年的统计数据来看，砷化镓是全球化合物半导体应用领域最主流的产品，占据半导体应用领域79%的份额。国内砷化镓半导体在军工及无线通讯等领域需求旺盛，而产量稀缺，该行业未来发展空间良好。

砷化镓在太阳能电池上的应用

砷化镓是一种半导体化合物，可以用于制作太阳能电池，并且在能量转化效率方面，要比传统硅基太阳能电池更有潜力。现阶段，研究人员已经使砷化镓太阳能电池的转化效率达到了25%-30%。然而，高昂的制造成本仍然是该技术商业化的巨大阻碍。

砷化镓在芯片上的应用

化合物半导体砷化镓芯片是半导体技术中的明珠，主要用于移动通讯、光通信、雷达、卫星通讯、电力电子、新能源等领域，是实现高频率、高效率及低噪声的射频核心芯片，也是进行高频光纤通信、高频大功率电力转换不可或缺的芯片。

砷化镓在5G通讯上的应用

砷化镓半导体具备高工作频率、高电子迁移速率、抗天然辐射及耗电量小等特性，在通讯领域得到大规模应用。随着智能手机进入5G时代及物联网的崛起，多模多频的砷化镓微波功率器件需求量较4G时代将大幅度提升。5G技术的传输速度将是现行4G的100倍，目前只有砷化镓功率放大器可以实现如此快速的传输速度。5G通讯成为砷化镓芯片的重要成长动力之一。

研究人员表示，在无线通讯、光纤通讯、汽车电子等领域的高速发展之下，砷化镓的需求量急剧增加，砷化镓集成电路的市场增长率每年都在40%以上，且又适逢5G时代到临，砷化镓市场的成长前景依然稳健。

我国的砷化镓行业，虽然受到国家的高度重视，但由于投资强度不足且产业分散，研究基础较为薄弱，高端砷化镓材料还需要从国际大公司进口。未来我国砷化镓的发展应着重提高技术手段，加大工艺方面的投入力度，尽快掌握核心技术，从生产低端砷化镓材料向高端研发迈入。降低成本、批量生产，走高端路线，是我国砷化镓行业未来的发展方向。

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