III-V 族化合物半导体材料情况
思瀚产业研究院    2025-04-03

1、III-V 族化合物半导体材料介绍

由于磷化铟、砷化镓系元素周期表上的 III 族元素及 V 族元素的化合物，因此，磷化铟、砷化镓被称为 III-V 族化合物半导体材料。

III-V 族化合物半导体衬底材料在 5G 通信、数据中心、新一代显示、人工智能、可穿戴设备、无人驾驶等领域具有广阔的应用前景，是半导体产业重要的发展方向之一。

2、III-V 族化合物半导体材料生产工艺

III-V 族化合物半导体材料生产需要经过多晶合成、单晶生长后再经过切割、磨边、研磨、抛光、清洗等多道工艺后真空封装成品，其中多晶合成、单晶晶体生长是核心工艺。

多晶合成：化合物半导体材料是由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物，由于自然界中不存在天然的磷化铟、砷化镓多晶，因此首先需要通过人工合成制备该等化合物多晶，将两种高纯度的单质元素按一定比例装入 PBN 坩埚中，在高温高压环境下合成化合物多晶。

单晶生长：化合物半导体单晶生长的制备方法有水平布里奇曼法（HB）、垂直布里奇曼法（VB）、液封切克劳斯基法（LEC）、垂直梯度冷凝法（VGF）。

目前主流应用使用的 III-V 族化合物半导体衬底一般为 2-6 英寸，因此，目前 VGF法生产单晶是主流且最为高效的方法之一。北京通美晶体技术股份有限公司控股股东 AXT 早在 1986 年即开始使用 VGF 法商业化生产 III-V 族化合物半导体单晶，相较其他方法而言 VGF 法的先进之处如下：

①在单晶直径上，目前 HB 法生长的单晶直径最大一般是 3 英寸，LEC 法生长的单晶直径最大可以到 12 英寸，但是使用 LEC 法生长单晶晶体设备投入成本高，且生长的晶体不均匀且位错密度大。目前 VGF 法和 VB 法生长的单晶直径最大可达 8 英寸，生长的晶体较为均匀且位错密度较低。

②在单晶质量上，相较其他方法VGF法生长的晶体位错密度低且生产效率稳定。

③在生产成本上，HB 法的成本最低，LEC 法的成本最高，VB 法和 VGF 法生产的产品性能类似，但是 VGF 法取消了机械传动结构，能以更低成本稳定生产单晶。

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