磷化镓的产销情况及其发展前景

磷化镓(GaP)是制造发光二极管(LED)的重要III-V族化合物半导体材料,它是采用LEC法在高温(1500℃)、高压(3.5MPa)下生长,故比砷化镓(GaAs)化合物半导体材料困难。目前,GaP单晶生长多采用LEC方向,直径以ф50mm为主。全世界磷化镓材料、外延及芯片制造技术数日本发达。

产销情况

1、日本GaP材料和器件产销情况

日本是化合物半导体材料和器件的主要生产国家。世界磷化镓衬底供应量95%以上来自日本。据1995年至1998年统计,日本生产磷化镓材料的出口量约占总生产量的50%。1997年日本的GaP单晶生长及外延的镓用量都是较高的一年(各为20t),按90%成晶合格率推算,其生产GaP单晶约为24t。1998年和1999年,镓的用量持平,估计生产GaP单晶也达到15t/a左右。1997年以后,日本生产GaP材料减少,但不能认为磷化镓材料市场需求低迷,这可能与其将普通LED技术向东南亚转移,而在本国集中力量研究开发其他材料的高档高亮度LED的策略有关。

2、世界GaP材料器件产销

世界对镓的需求量主要是用在生产化合物半导体材料和外延生长。1997年世界对镓的总需求量为164t。化合物半导体单晶使用90t(其中GaAs用70t,GaP用20t)。化合物半导体材料外延用镓量为72t(其中GaAs用48t,GaP用24t),作其他用途及研究开发用镓量为2。1997年日本生产GaP单晶用镓量为20t,可见当年世界镓用量全部为日本占有。而世界用在磷化镓外延的24t镓中，只有4t为其他国家分配,绝大部分(20t)也是由日本占有。

GaP材料的发展

目前市场主要供应的红、绿色普通LED,主要使用磷化镓衬底材料。超高亮度LED主要使用GaAs、GaN、ZnSe和SiC等材料。但有资料报道,AlGalnP双异质结,并利用片(n型磷化镓)粘合技术制造LED,其发光效率超过不滤光60W钨丝灯泡,用15~20W LED完全可代替60W白炽灯泡,而且,寿命超过10⁵h。这种耐老化、不怕风雨侵蚀、长寿命、高可靠性、节能的高亮度LED最适宜作交通信号灯、商业户内外广告及各种户外显示。据介绍，1996年美国保罗明尼苏达街(St.Paul,Minn.,)更换这种灯后,节约电力38%,每年节约能源约1.7x106kW·h。

尽管磷化镓材料生长条件比GaAs化合物半导体材料困难,但相对GaN、ZnSe和SiC材料还是比较成熟,并具产量规模化的单晶生长工艺。据市场预测，磷化镓衬底材料的增长率不低于10%。当然,磷化镓材料还应努力提高单晶质量(降低位错、减少残余热应力)、降低成本。现在人们为了增加芯片面积都设法增大单晶直径(日本正在开发62mm和75mm的GaP单晶)或增加单晶长度。对GaP材料而言,我们认为后者比前者更有实际意义,因为磷化镓材料是在高温、高压下生长,随着单晶直径增大,孪晶生长机率和晶体内部残余热应力也随之增加,影响单晶成品率并给加工带来困难,对降低成本反而不利。

参考文献

[1]陈坚邦,钱嘉裕. 磷化镓材料市场前景[J]. 稀有金属,2000,24(5):373-377. DOI:10.3969/j.issn.0258-7076.2000.05.014.