磷化铟晶圆和外延片市场现状与未来

来源:微迷网    关键词:磷化铟晶圆, 光子集成电路,    发布时间:2019-01-21

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光子集成电路应用(电信、数据通信、激光雷达和传感器等)正在推动磷化铟(InP)晶圆市场的发展!

数据通信是磷化铟晶圆市场的重要推动者

据麦姆斯咨询介绍,作为重要的三五族化合物半导体之一,磷化铟(InP)具有电子迁移率高、耐辐射性能好、禁带宽度大等优点,在两大应用领域拥有关键优势:(1)光子领域:波长为1000nm以上的发射和探测能力;(2)射频领域:高频RF应用中的高速和低噪声性能。虽然砷化镓(GaAs)和硅化锗(SiGe)等竞争对手的出货量较大,但是InP仍然是军事通信、雷达和辐射测量等性能驱动型利基市场以及自动测试设备的首选。此外,一些行业参与者(如Skyworks、GCS、IntelliEPI)正在关注即将到来的5G通信方面的InP技术。

目前,InP晶圆市场的真正推动力在于光子应用。在光通信中,InP在许多功能中提供高性能,包括发射、探测、调制和混合等,但由于其高成本,InP经常受到其它半导体技术的挑战。然而,InP是电信和数据通信应用中的收发器激光二极管不可或缺的构建模块。针对最近放缓的周期性电信市场,我们预计未来5G网络将会产生大规模投资计划。实际上,到2024年,电信领域的InP晶圆市场预计将达到5300万美元左右。此外,数据通信市场的巨额投资将来自互联网巨头,如谷歌(Google)、亚马逊(Amazon)、阿里巴巴(Alibaba)等。

磷化铟晶圆和外延片市场现状与未来
InP晶圆市场预测

随着对更高速度的数据传输需求,收发器技术正在向提供更高速率(100GbE和400GbE)的方向转移,这对InP技术更为有利。数据通信领域的InP晶圆市场有望爆发,预计2017~2024年期间的复合年增长率高达28%。最后但充满希望的是,激动人心的激光雷达应用可能对InP技术有需求,即在更高的激光波长下可保障人眼安全,目前正处于早期研发阶段。

InP也非常适用于高频RF器件,如高电子迁移率晶体管(HEMT)和异质结双极晶体管(HBT)等。因为与InP晶格匹配的InGaAs外延层的载流子浓度和电子迁移率非常高,超过与GaAs晶格匹配的AlGaAs,这些作为高频器件的InP产品在超过十几赫兹的频率范围又很大的应用前景。因此基于InP的器件在毫米波通讯、图像传感等新的领域也有市场前景。

InP产业:在器件层面有众多参与者,在外延片和晶圆层面则高度集中

InP产业有各种不同的商业模式和众多参与者。值得注意的是,从晶圆到器件制造,该市场的集中度是不一样的。在器件层面,我们发现了30多家InP代工厂和集成制造晶圆厂(fab),其中大部分目前专注于光子集成电路芯片。InP晶圆厂遍布全球各地,从美国到欧洲和亚洲。大多数参与者都是拥有自己产品的集成制造晶圆厂。这些晶圆厂拥有外延生产能力或研发能力,同时也外包生产一些外延片。此外,还有InP晶圆厂在公开市场上购买外延片。我们预计未来几年外包比例不会迅速发展。

磷化铟晶圆和外延片市场现状与未来

InP市场供应链纵览(光子和射频两大应用)

与器件制造相反,外延片市场则非常集中。Landmark是该市场上的领导者,专注于光子应用。另外,IQE则在光子和射频应用产品方面发挥着关键作用。

当我们观察晶圆层面时,发现其与外延片有着类似的集中度。超过80%的晶圆市场份额由两家公司占有:Sumitomo Electric Industries (SEI)和AXT。排名第三位的公司是JX Nippon Group。其它参与者要么处于中试生产,只能提供小量产能,要么仍处于研发阶段。

如果受到硅光子的挑战,那么基于InP的光子集成电路的未来在哪?

光子集成电路(Photonic IC, PIC)并不是一个新概念。它于1969年首次被提出,从那时起,人们研究和开发了多种不同的光子集成电路平台,如InP、硅光子和聚合物等。基于InP的光子集成电路被广泛研究,用于制造“发射”和/或“探测”光纤通信光谱中两种最佳波长(即1310nm和1550nm)的单一或集成器件。采用InP制造的激光器、光电二极管和波导管能够以玻璃光纤的最佳传输窗口工作,从而可实现高效的光纤通信。

磷化铟晶圆和外延片市场现状与未来
基于InP的光子集成电路应用纵览

光通信器件主要采用基于InP的材料,波长单色性很好的InP激光器、调制器、探测器及其模块已广泛应用于光通信,从而推动数据传输的飞速发展。基于InP的半导体激光器主要是边发射激光器,有分布式反馈激光(DFB)、电吸收调制激光器(EML)两种类型,DFB可实现速率在25G及以下,传输距离在10千米以内,适用于数据中心、城域网及接入网;EML可实现速率在50G及以下,传输距离在80千米以内,主要适用于骨干网、城域网及DCI互联。

近年来,基于InP的光子集成电路面临硅光子的激烈竞争。其中,像英特尔(Intel)这样的大企业在硅光子方面投入了大量研发资金。实际上,在比较“硅光子”和“基于InP的光子集成电路”时,可以很容易发现:由于大尺寸、高质量的硅晶圆,硅光子在大批量应用中的成本优势毋庸置疑。虽然InP面临(并将继续面临)来自光子应用的其它材料竞争,但是InP的直接带隙使其具有激光二极管应用的独特之处。因此,我们相信InP激光器将存在很长时间,至少对于有源光电器件而言如此。此外,基于InP的光子集成电路适用于小批量应用,可满足医疗、高端激光雷达(LiDAR)、传感及光通信等多种市场需求。这些领域的厂商可能会利用现有的电信/数据通信供应链来加速发展。