磷化鎵(GaP)是制造發(fā)光二極管(LED)的重要III-V族化合物半導(dǎo)體材料,它是采用LEC法在高溫(1500℃)、高壓(3.5MPa)下生長,故比砷化鎵(GaAs)化合物半導(dǎo)體材料困難。目前,GaP單晶生長多采用LEC方向,直徑以ф50mm為主。全世界磷化鎵材料、外延及芯片制造技術(shù)數(shù)日本發(fā)達(dá)。
產(chǎn)銷情況
1、日本GaP材料和器件產(chǎn)銷情況
日本是化合物半導(dǎo)體材料和器件的主要生產(chǎn)國家。世界磷化鎵襯底供應(yīng)量95%以上來自日本。據(jù)1995年至1998年統(tǒng)計,日本生產(chǎn)磷化鎵材料的出口量約占總生產(chǎn)量的50%。1997年日本的GaP單晶生長及外延的鎵用量都是較高的一年(各為20t),按90%成晶合格率推算,其生產(chǎn)GaP單晶約為24t。1998年和1999年,鎵的用量持平,估計生產(chǎn)GaP單晶也達(dá)到15t/a左右。1997年以后,日本生產(chǎn)GaP材料減少,但不能認(rèn)為磷化鎵材料市場需求低迷,這可能與其將普通LED技術(shù)向東南亞轉(zhuǎn)移,而在本國集中力量研究開發(fā)其他材料的高檔高亮度LED的策略有關(guān)。
2、世界GaP材料器件產(chǎn)銷
世界對鎵的需求量主要是用在生產(chǎn)化合物半導(dǎo)體材料和外延生長。1997年世界對鎵的總需求量為164t。化合物半導(dǎo)體單晶使用90t(其中GaAs用70t,GaP用20t)。化合物半導(dǎo)體材料外延用鎵量為72t(其中GaAs用48t,GaP用24t),作其他用途及研究開發(fā)用鎵量為2。1997年日本生產(chǎn)GaP單晶用鎵量為20t,可見當(dāng)年世界鎵用量全部為日本占有。而世界用在磷化鎵外延的24t鎵中，只有4t為其他國家分配,絕大部分(20t)也是由日本占有。
GaP材料的發(fā)展
目前市場主要供應(yīng)的紅、綠色普通LED,主要使用磷化鎵襯底材料。超高亮度LED主要使用GaAs、GaN、ZnSe和SiC等材料。但有資料報道,AlGalnP雙異質(zhì)結(jié),并利用片(n型磷化鎵)粘合技術(shù)制造LED,其發(fā)光效率超過不濾光60W鎢絲燈泡,用15~20W LED完全可代替60W白熾燈泡,而且,壽命超過105h。這種耐老化、不怕風(fēng)雨侵蝕、長壽命、高可靠性、節(jié)能的高亮度LED最適宜作交通信號燈、商業(yè)戶內(nèi)外廣告及各種戶外顯示。據(jù)介紹，1996年美國保羅明尼蘇達(dá)街(St.Paul,Minn.,)更換這種燈后,節(jié)約電力38%,每年節(jié)約能源約1.7x106kW·h。
盡管磷化鎵材料生長條件比GaAs化合物半導(dǎo)體材料困難,但相對GaN、ZnSe和SiC材料還是比較成熟,并具產(chǎn)量規(guī)?；膯尉L工藝。據(jù)市場預(yù)測，磷化鎵襯底材料的增長率不低于10%。當(dāng)然,磷化鎵材料還應(yīng)努力提高單晶質(zhì)量(降低位錯、減少殘余熱應(yīng)力)、降低成本?，F(xiàn)在人們?yōu)榱嗽黾有酒娣e都設(shè)法增大單晶直徑(日本正在開發(fā)62mm和75mm的GaP單晶)或增加單晶長度。對GaP材料而言,我們認(rèn)為后者比前者更有實際意義,因為磷化鎵材料是在高溫、高壓下生長,隨著單晶直徑增大,孿晶生長機率和晶體內(nèi)部殘余熱應(yīng)力也隨之增加,影響單晶成品率并給加工帶來困難,對降低成本反而不利。
參考文獻
[1]陳堅邦,錢嘉裕. 磷化鎵材料市場前景[J]. 稀有金屬,2000,24(5):373-377. DOI:10.3969/j.issn.0258-7076.2000.05.014.