砷化镓单晶材料是继硅、锗之后发展起来的第二代半导体材料。它是目前最重要、最成熟的化合物半导体材料之一,主要应用于光电子和微电子领域。砷化镓化合物半导体可用来做超高速、超高频微波及光纤通讯器件,可广泛应用在无线通信、照明、能源、军事、医疗等领域。现阶段砷化镓化合物半导体芯片的主要应用领域有移动通信、光纤通信、高亮度发光二极管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器、太阳能光伏电池等。
目前砷化镓材料行业虽然受到国家的高度重视,但由于投资强度不足且分散,研究基础还是较为薄弱。近几年由于半导体照明产业的拉动作用,部分民营企业开始涉足这个行业,发展速度加快,但也限于LED用的低端砷化镓材料,集成电路和功率器件用的大直径半绝缘砷化镓材料还是主要掌握在日本、德国以及美国等少数国际大公司手中,国内所用的4-6英寸半绝缘砷化镓单晶片仍然相当大部分依赖进口。
半绝缘砷化镓材料主要用于高频通信器件,受到近年民用无线通信市场尤其是手机市场的拉动,半绝缘砷化镓材料的市场规模出现了快速增长的局面。目前微电子用砷化镓晶片市场主要掌握在日本住友电工(Sumitomo Electric)、费里伯格(Freiberger Compound Materials )和美国AXT等国外公司手中,主要以生产4、6英寸砷化镓材料为主。费里伯格公司供应LEC法生长的3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底以及VGF法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。住友供应VB法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。AXT供应VGF法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。目前国内能提供半绝缘砷化镓衬底片的供应商主要是北京通美晶体技术有限公司、广东先导先进材料股份有限公司(现为广东先导微电子科技有限公司)等。
原广东先导先进材料股份有限公司所从事的经营业务自2021年转移至先导集团控股的广东先导微电子科技有限公司(下文简称“微电子公司”)。微电子公司在电子专用材料、金属材料制造,新材料技术的生产、研发、销售,集成电路芯片及产品制造和销售,电子元器件制造和销售,光电子器件制造和销售,半导体分立器件制造和销售,半导体器件专用设备制造和销售等方面进行布局,为国内战略新兴产业搭建了更大的平台,也为未来半绝缘砷化镓的研发生产提供了更多的资源支持。
经检索,没有半绝缘砷化镓单晶衬底片直接的的标准,其他相关标准分析如下:
GB/T 11094-2020《水平法砷化镓单晶及切割片》、GB/T 11093-2007《液封直拉法砷化镓单晶及切割片》按照生产方法对砷化镓进行了分类,但是水平法和液封直拉法目前都已经不是主流的生产方法,无法生产出满足本项目中要求的半绝缘砷化镓单晶片,也未规定抛光片的平整度、颗粒度等要求,而且随着市场的变化,该两种方法可能会被替代。
GB/T 35305-2017《太阳能电池用砷化镓单晶抛光片》与GB/T 30856-2014《LED外延芯片用砷化镓衬底》这两个标准都是针对不同用途的n型和p型的砷化镓单晶抛光片的相关要求,不涉及半绝缘类型砷化镓衬底片。本项目规定的半绝缘砷化镓衬底片主要用于高频通信器件等高端应用市场,标准名称及内容中不限定产品具体的用途。由于太阳能电池、LED外延芯片是导电型砷化镓单晶衬底片的主要用途,后续修订时考虑合并,但是与半绝缘型材料技术要求、测试方法均不同,所以不可与半绝缘型砷化镓材料合并。
本次制定的《半绝缘砷化镓单晶衬底片》按导电类型分类属于SI型,从规格尺寸、参考面取向、形状、长度、电阻率、迁移率和位错密度、直径、平整度、厚度、边缘轮廓、碳浓度、单晶深能级EL2、表面质量、颗粒度等方面全面详细的规定半绝缘砷化镓衬底片的各项参数要求,主要为制造微波和光通信电路等高端用途的砷化镓衬底片。
本项目相关的国外标准:SEMI M9-0816《砷化镓单晶抛光片规范》,其包括8个部分,按照不同尺寸、不同用途进行分部分规定。本项目制定过程中也将参照该标准相关内容。