【天生“我材”】 “半导体贵族”砷化镓单晶材料

半导体工艺与设备 2021-12-01 10:48

作为第二代半导体材料，砷化镓（GaAs）单晶因其价格昂贵而素有“半导体贵族”之称，它是继硅之后研究最深入、应用最广泛的半导体材料。由于砷化镓禁带宽度宽、电子迁移率高、直接带跃迁，因而不仅可直接研制光电子器件，且在微电子方面，以半绝缘砷化镓为基体，用直接离子注入自对准平面工艺研制的砷化镓高速数字电路、微波单片电路、光电集成电路、低噪声及大功率场效应晶体管，具有速度快、频率高、低功耗和抗辐射等特点。当前我国已成为继日本、德国之后又一掌握砷化镓单晶生产技术的国家。

众所周知，光迁通信具有高速、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。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砷化镓超高速专用电路。

由于GaAs单片集成电路具有噪声低、速度快、低电压、功率转换效率高等特点，因而被看作移动通信的首选电路。特别是全球定位系统的应用，GaAs单片集成电路有着极大的市场。

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。

综上所诉，随着光电子产业和自动化的发展，

用作显示器件LED、测距、玩具、条形码识别等应用的高亮度发光管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器等均有极大的市场需求，还有GaAs基高效太阳电池的用量也十分大，对低阻低位错GaAs产业的需求是十分巨大而迫切的，我国数十亿支LED管芯，所有的可见光激光器、高亮度发光管、近红外激光器等几乎都依靠进口，且买到的舶来品几乎都是三四等品，因此生产高质量的低阻GaAs单晶，促进LED管芯、可见光激光器、高亮度发光管和高效率高效太阳电池的商品化生产，这将有力发展我国民族的光电子产业。

当前由于资金、技术和认知等方面的不足，砷化镓单晶材料在中国并没有走进大众生活，实现产业化生产。但新材料全球交易网相信通过业界的共同努力，政府政策上的大力支持，砷化镓单晶材料产业化会逐步发展，稳步推进，以后广泛运用将成现实。

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