砷化镓GaAs在光电和射频领域中的应用与发展
作为第二代半导体的“扛把子”，砷化镓（gaas）具有高频率、高电子迁移率、高输出功率、高线性以及低噪声等特点，在光电和射频领域有着非常广泛的应用。
砷化镓是直接带隙材料，导带底和价带顶在k空间（k空间即傅里叶变化的频率空间）同一位置，电子吸收能量后可以直接跃迁进入激发态，无需声子参与；也可以直接从导带下落到价带，因此载流子寿命很短，电子和空穴直接复合可以发光。
所以砷化镓可以用来制作led（发光二极管），主要是黄光、红光和红外光。氮化镓禁带更宽，主要用来发蓝光、绿光和紫外光。
砷化镓是发光材料，加上泵浦源和谐振腔，即可选频制成激光器。650nm-1300nm波长的低功率激光器都可以用砷化镓材料设计，典型代表是vcsel（垂直腔表面发射激光器），广泛应用在短距离数据中心光纤通信，tof人脸识别等。
gaas 的电子迁移率是硅的五倍，hbt的ft高达45ghz，0.25um e mode phemt的ft更是高达70ghz，因此gaas非常适合设计sub-7ghz的射频器件。蜂窝和wlan pa常用gaas hbt设计；开关、lna等则采用phemt工艺。
除了led、vcsel、rf device之外，gaas凭借其优异性能在光电探测、调制驱动、卫星电视等领域也有大量应用，但主要还是靠“三巨头“出货。
gaas一年出货约260万片（折合6寸），led约占四成，rf device约占三成， vcsel约占8%。从单片价格来看，则是vcsel>rf device>led，因此从销售额角度统计可能会是另一种结论。
不同的产品需要用不同的外延片加工。整个砷化镓产业链可以细分为衬底、外延、晶圆代工、芯片设计四个环节。至于封测，lga/qfn都可以做，和硅基产品没明显区别。
衬底（substrate）是产业链的源头，衬底厂采购金属镓和高纯砷后，采用 lec 法（液封直拉法，freiberger采用）、 hb 法（水平布里奇曼法）、 vb 法（垂直布里奇曼法，sumitomo采用）或 vgf 法（垂直梯度凝固法，axt和freiberger采用）等，生长出砷化镓晶体，切片研磨抛光后卖给外延厂。主流的砷化镓衬底厂主要有德国费里伯格（freiberger）、日本住友电气（sumitomo）、北京通美（axt）、英国iqe、日本同和（dowa）、云南锗业等。台湾企业一般翻译为基板。
外延厂（epi）采购衬底后，采用mocvd法（金属有机化学气相沉积，主流方案）或mbe法（分子束外延）在衬底上一层一层地长出掺杂和厚度都不同的薄膜，故而台湾企业翻译为磊晶（磊晶圆薄膜），非常直观形象。大陆企业翻译为“外延”，更注重“意”和“神”，颇有严复先生“信达雅”的遗风。主流的外延片厂主要有英国iqe、台湾全新光电、日本住友化学、台湾英特磊等。台湾联亚光电专注光电领域。
晶圆代工厂（fab）与芯片厂和终端厂关系较紧密，也更为人所熟知。晶圆厂采购外延片后，按照芯片厂的设计进行光刻，加工出所需要的电路。根据所用衬底和工序的不同，迭代出不同的工艺。稳懋占据砷化镓代工公开市场的七成以上份额，优异的可靠性和一致性获得几乎所有芯片厂和终端厂的认可，三座fab均通过iatf16949车规认证。宏捷科的工艺来自美企射频大厂skyworks，除了给skyworks代工之外，也接受其他芯片设计厂的订单。环宇通讯运营在美国，4寸线成本较高，运营吃力，目前主要以技术授权形式参与产业链。三安的技术授权就来自gcs，早年更是准备收购gcs，被美国外国投资委员会否掉后转而合资成立公司，现已独立代工砷化镓，在led领域份额很高。承芯的技术授权也来自gcs，当前以vcsel为主。联颖来自联电的fab 6，除了gaas之外还代工cmos/bcd/saw等另类工艺。福联的技术授权来自联颖，虽成立较晚，但hbt和0.25um e/d mode phemt工艺均已成熟。立昂东芯自主研发了gaas工艺，已获得不少芯片厂的订单，正在积极扩产。海威华芯技术来自中电29所，专注于phemt工艺，hbt工艺份额较少。
产业链接总结如下。
gaas主要有hbt和phemt两种技术。hbt是纵向器件，对光刻精度要求不高，一般为1-3um，将发射极改用ingap材料可以形成异质结，从而使发射区轻掺杂，基区重掺杂，提高载流子注入效率，减小基极电阻，发射结电容，提高震荡频率，增加厄利电压。phemt是横向器件，器件性能受栅宽制约，需要更高的光刻精度，一般为0.5-0.15um，因为成本较高，所以在pa的应用不如hbt多，主要用在lna和开关上。
（能坚持看到这里的读者绝对是对技术、对产业都有浓厚的兴趣，能静下心来研究，接下来才是本文最有价值的内容。）
因为phemt工艺吃光刻，成本较高，因此在射频领域hbt是绝对的王者。射频pa基本都采用ingap/gaas hbt工艺加工，16层光刻，有湿法刻蚀和干法刻蚀之分。
头部的三家芯片厂都是idm模式。skyworks在美国有两座6寸厂，并会在稳懋和宏捷科代工。qorvo有多座4/6/8寸晶圆厂，产能充足，自给自足。broadcom有两座6寸厂，仍会找稳懋代工。
高通是fabless模式，rf360设计的mmmbpa和lpamid/lpamif基本都在稳懋生产。村田的lpamid除了稳懋代工之外，也会和skyworks合作。海思在制裁之前陪着三安打磨工艺。唯捷创芯以pa业务为主，mmmb pa、txm、lpamif、wi-fi fem主要在稳懋生产，为了扩产和降本也会去宏捷科。飞骧和稳懋有过一段不愉快的往事，mmmb pa、txm、lpamif、wi-fi fem现在主要在三安生产，在宏捷科和联颖也有扩产。昂瑞微的phase 5nmmmb pa可谓一绝，另有mmmb pa、txm、lpamif产品，主要在稳懋、联颖和立昂生产。慧智微以uhb lpamif一战成名，mmmb pa和txm等主要在稳懋代工，与三安也开始合作。锐石后发先至，mmmb pa、txm、lpamif、wi-fi fem布局较快，主要在稳懋、三安和宏捷科代工。卓胜以接收模组和分立器件切入，wi-fifem和lpamif进展神速，主要在福联和联颖生产。
在需求侧，以国内手机、物联网模块和网通路由等产品为基础，die size按照主流型号均值估算，射频芯片国内月需求约25,000片6寸等效gaas hbt晶圆。考虑海外苹果和三星支持频段更多，gaas需求量更大，预估海外需求约15,000片。wi-fi fem可以采用sige设计，性能和功耗都很好，对gaas需求影响不大。因此全球gaas hbt总需求约40,000片6寸等效晶圆。
这里需要更正公众的一个认知，射频不是一个频段（band）用一颗pa，而是一段频段用一颗pa，常规做法是0.6-1ghz一颗，1.8-2.2ghz一颗，2.3-2.7ghz一颗，即通常说的低频（lb），中频（mb），高频（hb）。至于新增的n77/78，因为是一段频段，覆盖3.3-4.2ghz，也是一颗pa，n79单独一颗。而wi-fi则分为2.4g和5g，分别用一颗。根据设备支持的mimo（多入多出）数量，会适当增加pa颗数。当然，在终端看到的时候，sub-3g的经常会集成在一起变成一颗大pa芯片，sub-6g会集成在一起变成一颗大pa芯片。
在供给侧，公开代工厂gaas总产能约14万六寸片，gaas hbt约46,000片足够满足全球需求。
另外skyworks、qorvo、broadcom自有工厂也可以生产gaas hbt，公开代工厂都在大力扩厂，未来gaas hbt很可能出现产能过剩，虽然mini led和vcsel需求增长迅速，但体量短期仍无法和射频pa相比。
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砷化镓是直接带隙材料，导带底和价带顶在k空间（k空间即傅里叶变化的频率空间）同一位置，电子吸收能量后可以直接跃迁进入激发态，无需声子参与；也可以直接从导带下落到价带，因此载流子寿命很短，电子和空穴直接复合可以发光。
所以砷化镓可以用来制作led（发光二极管），主要是黄光、红光和红外光。氮化镓禁带更宽，主要用来发蓝光、绿光和紫外光。
砷化镓是发光材料，加上泵浦源和谐振腔，即可选频制成激光器。650nm-1300nm波长的低功率激光器都可以用砷化镓材料设计，典型代表是vcsel（垂直腔表面发射激光器），广泛应用在短距离数据中心光纤通信，tof人脸识别等。
gaas 的电子迁移率是硅的五倍，hbt的ft高达45ghz，0.25um e mode phemt的ft更是高达70ghz，因此gaas非常适合设计sub-7ghz的射频器件。蜂窝和wlan pa常用gaas hbt设计；开关、lna等则采用phemt工艺。
除了led、vcsel、rf device之外，gaas凭借其优异性能在光电探测、调制驱动、卫星电视等领域也有大量应用，但主要还是靠“三巨头“出货。
gaas一年出货约260万片（折合6寸），led约占四成，rf device约占三成， vcsel约占8%。从单片价格来看，则是vcsel>rf device>led，因此从销售额角度统计可能会是另一种结论。
不同的产品需要用不同的外延片加工。整个砷化镓产业链可以细分为衬底、外延、晶圆代工、芯片设计四个环节。至于封测，lga/qfn都可以做，和硅基产品没明显区别。
衬底（substrate）是产业链的源头，衬底厂采购金属镓和高纯砷后，采用 lec 法（液封直拉法，freiberger采用）、 hb 法（水平布里奇曼法）、 vb 法（垂直布里奇曼法，sumitomo采用）或 vgf 法（垂直梯度凝固法，axt和freiberger采用）等，生长出砷化镓晶体，切片研磨抛光后卖给外延厂。主流的砷化镓衬底厂主要有德国费里伯格（freiberger）、日本住友电气（sumitomo）、北京通美（axt）、英国iqe、日本同和（dowa）、云南锗业等。台湾企业一般翻译为基板。
外延厂（epi）采购衬底后，采用mocvd法（金属有机化学气相沉积，主流方案）或mbe法（分子束外延）在衬底上一层一层地长出掺杂和厚度都不同的薄膜，故而台湾企业翻译为磊晶（磊晶圆薄膜），非常直观形象。大陆企业翻译为“外延”，更注重“意”和“神”，颇有严复先生“信达雅”的遗风。主流的外延片厂主要有英国iqe、台湾全新光电、日本住友化学、台湾英特磊等。台湾联亚光电专注光电领域。
晶圆代工厂（fab）与芯片厂和终端厂关系较紧密，也更为人所熟知。晶圆厂采购外延片后，按照芯片厂的设计进行光刻，加工出所需要的电路。根据所用衬底和工序的不同，迭代出不同的工艺。稳懋占据砷化镓代工公开市场的七成以上份额，优异的可靠性和一致性获得几乎所有芯片厂和终端厂的认可，三座fab均通过iatf16949车规认证。宏捷科的工艺来自美企射频大厂skyworks，除了给skyworks代工之外，也接受其他芯片设计厂的订单。环宇通讯运营在美国，4寸线成本较高，运营吃力，目前主要以技术授权形式参与产业链。三安的技术授权就来自gcs，早年更是准备收购gcs，被美国外国投资委员会否掉后转而合资成立公司，现已独立代工砷化镓，在led领域份额很高。承芯的技术授权也来自gcs，当前以vcsel为主。联颖来自联电的fab 6，除了gaas之外还代工cmos/bcd/saw等另类工艺。福联的技术授权来自联颖，虽成立较晚，但hbt和0.25um e/d mode phemt工艺均已成熟。立昂东芯自主研发了gaas工艺，已获得不少芯片厂的订单，正在积极扩产。海威华芯技术来自中电29所，专注于phemt工艺，hbt工艺份额较少。
产业链接总结如下。
gaas主要有hbt和phemt两种技术。hbt是纵向器件，对光刻精度要求不高，一般为1-3um，将发射极改用ingap材料可以形成异质结，从而使发射区轻掺杂，基区重掺杂，提高载流子注入效率，减小基极电阻，发射结电容，提高震荡频率，增加厄利电压。phemt是横向器件，器件性能受栅宽制约，需要更高的光刻精度，一般为0.5-0.15um，因为成本较高，所以在pa的应用不如hbt多，主要用在lna和开关上。
（能坚持看到这里的读者绝对是对技术、对产业都有浓厚的兴趣，能静下心来研究，接下来才是本文最有价值的内容。）
因为phemt工艺吃光刻，成本较高，因此在射频领域hbt是绝对的王者。射频pa基本都采用ingap/gaas hbt工艺加工，16层光刻，有湿法刻蚀和干法刻蚀之分。
头部的三家芯片厂都是idm模式。skyworks在美国有两座6寸厂，并会在稳懋和宏捷科代工。qorvo有多座4/6/8寸晶圆厂，产能充足，自给自足。broadcom有两座6寸厂，仍会找稳懋代工。
高通是fabless模式，rf360设计的mmmbpa和lpamid/lpamif基本都在稳懋生产。村田的lpamid除了稳懋代工之外，也会和skyworks合作。海思在制裁之前陪着三安打磨工艺。唯捷创芯以pa业务为主，mmmb pa、txm、lpamif、wi-fi fem主要在稳懋生产，为了扩产和降本也会去宏捷科。飞骧和稳懋有过一段不愉快的往事，mmmb pa、txm、lpamif、wi-fi fem现在主要在三安生产，在宏捷科和联颖也有扩产。昂瑞微的phase 5nmmmb pa可谓一绝，另有mmmb pa、txm、lpamif产品，主要在稳懋、联颖和立昂生产。慧智微以uhb lpamif一战成名，mmmb pa和txm等主要在稳懋代工，与三安也开始合作。锐石后发先至，mmmb pa、txm、lpamif、wi-fi fem布局较快，主要在稳懋、三安和宏捷科代工。卓胜以接收模组和分立器件切入，wi-fifem和lpamif进展神速，主要在福联和联颖生产。
在需求侧，以国内手机、物联网模块和网通路由等产品为基础，die size按照主流型号均值估算，射频芯片国内月需求约25,000片6寸等效gaas hbt晶圆。考虑海外苹果和三星支持频段更多，gaas需求量更大，预估海外需求约15,000片。wi-fi fem可以采用sige设计，性能和功耗都很好，对gaas需求影响不大。因此全球gaas hbt总需求约40,000片6寸等效晶圆。
这里需要更正公众的一个认知，射频不是一个频段（band）用一颗pa，而是一段频段用一颗pa，常规做法是0.6-1ghz一颗，1.8-2.2ghz一颗，2.3-2.7ghz一颗，即通常说的低频（lb），中频（mb），高频（hb）。至于新增的n77/78，因为是一段频段，覆盖3.3-4.2ghz，也是一颗pa，n79单独一颗。而wi-fi则分为2.4g和5g，分别用一颗。根据设备支持的mimo（多入多出）数量，会适当增加pa颗数。当然，在终端看到的时候，sub-3g的经常会集成在一起变成一颗大pa芯片，sub-6g会集成在一起变成一颗大pa芯片。
在供给侧，公开代工厂gaas总产能约14万六寸片，gaas hbt约46,000片足够满足全球需求。
另外skyworks、qorvo、broadcom自有工厂也可以生产gaas hbt，公开代工厂都在大力扩厂，未来gaas hbt很可能出现产能过剩，虽然mini led和vcsel需求增长迅速，但体量短期仍无法和射频pa相比。
驰为CoreBox Pro迷你电脑发布：2L体积、10nm酷睿加持
电池系统密封设计详细介绍
IEEE 802.3bt：多大电源？
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rfid在危险废物综合处理中扮演什么角色
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