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国外企业构成化合物半导体产业主体,我国已有所突破

更新时间:2019-11-26
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国外企业依然构成化合物半导体产业主体,我国已有所突破

化合物半导体产业链可主要分为晶圆制备、芯片设计、芯片制造以及芯片封测等环节,其中晶圆制备进一步细分为衬底制备和外延片制备两部分。当前,化合物半导体产业多以IDM模式为主,即单一厂商纵向覆盖芯片设计、芯片制造、到封装测试等多个环节。然而,随着衬底和器件制造技术的成熟和标准化,以及器件设计价值的提升,器件设计与制造分工的趋势日益明显。

GaAs半导体产业参与者多为Skyworks、Qorvo、Avago等国外IDM厂商。衬底制备、外延片方面,日本处于领先地位。晶圆制备方面,全球GaAs衬底出货量将保持较强的增长趋势,预计2023年年出货量将从目前的170万片上升到400万片2。当前,住友电工、Freiberger、日立电缆、以及ATX四家企业采用国际先进的液封直拉法(LEC)和垂直梯度凝固法(VGF),衬底直径最大可达6英寸,占据了90%以上的国际市场。国内企业如中科晶电、中科镓英等企业所制备的GaAs衬底普遍在2英寸到4英寸之间,部分企业仍采取较为落后的水平布里其曼法(HB),晶体质量较差。制造代工方面,目前制造产能主要分布在IDM厂商和代工厂中,且代工厂的市场占比正不断提高,其中台湾的稳懋占据GaAs晶圆代工市场三分之二以上。产品设计方面,射频器件由国外IDM厂商垄断,我国在光电器件领域具备一定竞争力,目前已占全球LED市场近20%的份额。

GaN技术的难点在于晶圆制备工艺,欧美日在此方面优势明显,我国则以军工应用为主,产能略有不足。由于将GaN晶体熔融所需气压极高,因此无法通过从熔融液中结晶的方法生长单晶,须采用外延技术生长GaN晶体来制备晶圆。目前最为主流的方法是氢化物气沉积法,住友电工、三菱化学等企业均采用此法,其中日本住友电工是全球最大GaN晶圆生产商,占据了90%以上的市场份额。我国在GaN晶圆制造方面已经有所突破,苏州纳维公司的2英寸衬底片年产能已达到1500片,4英寸衬底已推出产品,目前正在开展6英寸衬底片研发。GaN外延片根据衬底材料的不同,可分为基于蓝宝石、Si衬底、SiC以及GaN四种,分别用于LED、电力电子、射频以及激光器,其晶体质量依次提升,成本依次升高。

SiC产业格局呈现美欧日三足鼎立态势,美国产业优势显著,欧洲产业链完备,日本在设备和模块技术方面领先。SiC外延片需要根据耐压程度进行定制,因此目前仍然以IDM企业内部供应为主,占据外延市场的80%左右,主流技术为低压化学气相沉积(LPCVD)技术,未来随着器件加工技术的不断成熟,产品将趋于标准化,将有更多企业使用外部供应商产品,预计2020年其份额将超过50%。

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