1. 首頁 > 生活百科 > >

AI算力新材料，“磷化銦”市場崛起

芯片人工智能激光器半導體ai

AI算力新材料，“磷化銦”市場崛起

【AI算力新材料，“磷化銦”市場崛起】在科技飛速發展的當下 ， AI 技術如洶涌浪潮 ， 席卷全球各個領域 ， 成為推動社會進步與產業變革的核心力量 。 而在 AI 產業蓬勃發展的背后 ， 半導體材料作為關鍵支撐 ， 正經歷著前所未有的變革與創新 。 其中 ， 磷化銦材料以其獨特的性能優勢 ， 在 AI產業中嶄露頭角 ， 逐漸成為市場矚目的焦點 。
01什么是磷化銦？銦 ， 化學符號為In ， 原子序數 49 ， 屬于 ⅢA 族金屬元素 。 其質地極為柔軟 ， 呈銀白色并略帶淡藍色光澤 ， 具有良好的延展性 ， 熔點較低 ， 沸點卻較高 。 銦在地球地殼中的含量相對稀少 ， 且并無獨立的礦床 ， 主要以雜質形式存在于鋅、鉛等其他金屬礦中 。
在半導體行業中 ， 銦化合物—— 磷化銦（InP）屬于第二代半導體 。 磷化銦晶體具有閃鋅礦型結構 ， 其熔點為1070°C 。 多晶合成方法一般包含水平布里奇曼法和直接注入法 ， 單晶制備主要采用垂直布里奇曼法（VB）、垂直溫度梯度凝固法（VGF）和液封直拉法（LEC） ， 其中單晶生長方法主要有高壓液封直拉法（HPLEC）及其改進技術和溫度梯度凝固法 。
憑借其卓越的電子遷移率、出色的耐輻射性能以及寬大的禁帶寬度 ， 使得它成為制造高性能光電器件的理想選擇 。 這種材料制作的器件能夠有效地放大高頻或短波長信號 ， 為光電通訊領域帶來了革命性的變革 。 利用磷化銦芯片制造的衛星接收器和放大器 ， 能夠在100GHz以上的超高頻率下穩定工作 ， 且性能穩定可靠 。 相較于砷化鎵半導體材料 ， 磷化銦的擊穿電場更高、熱導率更優 ， 同時電子遷移率也更為出色 。
磷化銦（InP）作為光通信技術的關鍵材料 ， 發揮著至關重要的作用 。 InP是一種直接帶隙材料 ， 特別適用于制造吸收或發射光纖通信光譜中兩個關鍵波長（即1310nm和1550nm波）的單一或集成器件 。 這兩個波長分別是光纖通訊的兩個主要窗口 ， 1310nm波長用于短距離局域通信網 ， 而1550nm波長則適用于長距離高速率的光通信系統 。
在光通信系統中 ， 必需的III-V族三元合金（如InGaAs光電探測器）和四元合金等器件（如InGaAsP激光器）都工作在這個波長范圍內 ， 而InP單晶與這些合金具有晶格匹配性 。 因此 ， InP成為生產光通訊中InP基激光二極管（LD）、發光二極管（LED）和光電探測器等核心器件的關鍵材料 。 這些器件共同實現了光纖通信中的信息發射、傳播、放大和接收等功能 ， 奠定了當今高速互聯網的基礎 。
比如 ， 思科400G 光模塊采用磷化銦 EML 激光器 ， 應用于阿里云數據中心 ， 單模塊每秒傳輸數據量達 400Gbps 。 思科 400G 光模塊采用磷化銦 EML 激光器 ， 應用于阿里云數據中心 ， 單模塊每秒傳輸數據量達 400Gbps 。
此外 ， 磷化銦哈子探測器領域應用廣泛 。 比如 ， Luminar Iris 激光雷達搭載磷化銦探測器 ， 250 米距離可探測 10% 反射率目標（如黑色輪胎） ， 應用于蔚來 ET7、沃爾沃 XC90 等車型 。 恩智浦 UWB 芯片采用磷化銦工藝 ， 實現厘米級定位精度 ， 支持寶馬數字鑰匙無接觸進入功能 。 中國“吉林一號” 衛星的磷化銦紅外相機實現 10 米分辨率夜間成像 ， 用于農業監測和災害應急 。
02AI產業帶動硅光技術應用 ， 推動磷化銦市場爆發英偉達在 gtc2025 大會上重磅發布新一代交換機 Quantum-X ， 這款產品主要面向 800G 和 1.6T 高速數據傳輸場景 ， 采用先進的硅光技術 。 硅光技術體系中 ， 外置光源激光器是不可或缺的關鍵組件 ， 而磷化銦正是制造高速光芯片的核心材料 ， 其重要性不言而喻 。
在市場表現方面 ， Coherent 公司的業績數據極具說服力 。 2024 年四季度 ， 該公司磷化銦相關業務實現了同比 2 倍的高速增長 。 不僅如此 ， Coherent 還率先建立起全球首個 6 英寸磷化銦晶圓生產線 ， 并制定了雄心勃勃的產能擴張計劃 ， 預計在 2026 年前將產能提升至當前的 5 倍 。
在全球范圍內 ， 磷化銦襯底市場規模快速增長 。 受AI算力、數據中心和6G通信驅動 ， Yole預測全球InP襯底市場規模將從2022年的30億美元增至2028年的64 億美元 ， 年復合增長率達13.5% 。 這一增長主要由光通信、5G與衛星通信、新興技術等領域推動 。 例如 ， 100G/200G光模塊需求激增 ， 使得InP基激光器芯片成為主流選擇；高頻器件（如HEMT、pHEMT）對InP襯底的需求也隨5G網絡建設而上升 。 此外 ， 量子點激光器、硅光集成等前沿技術的商業化加速 ， 進一步擴大了市場需求 。
在數據通信和人工智能應用場景中 ， 基于磷化銦的外調制激光器和高功率連續波激光器發揮著舉足輕重的作用 。 它們推動了適用于超大型數據中心和機器學習集群的收發器解決方案的快速落地 。 以相干收發器為例 ， 這一高性能主力器件能夠跨越數千公里的距離 ， 在單個波長上實現高達每秒 800Gbps 的數據傳輸速率 ， 充分滿足了 AI 時代海量數據高速傳輸的嚴苛要求 。 隨著這些應用需求的持續井噴 ， 晶圓廠亟需具備與之匹配的規模生產能力 ， 而向 6 英寸晶圓尺寸的轉變無疑是實現這一目標的關鍵一步 。
全球領先的半導體沉積設備供應商愛思強也宣布 ， 其最新G10-AsP系統已交付荷蘭磷化銦（InP）代工企業SMART Photonics 。 該設備將顯著提升SMART Photonics在GaAs/InP材料領域的大規模生產能力 ， 助力其應對快速增長的市場需求 。
03更大尺寸的磷化銦晶圓改變行業模式經濟高效、可靠、高速、可持續——除了這些顯著優勢之外 ， 更大尺寸的磷化銦（InP）晶圓（比如 6 英寸產品）還帶來了一些重要益處 ， 這些對半導體技術及其他領域的發展都至關重要 。
更大的晶圓意味著每個晶圓上可以制造更多的器件 ， 這使得晶圓廠的整體生產能力得以提升 ， 從而滿足不斷增長的市?。 ㄈ縟斯ぶ悄芑チ⑹萃ㄐ擰⒌縲擰⑵怠⒐ひ島拖訓繾擁攘煊潁┒怨餛骷桿僭齔さ男棖?， 進而增強了競爭力和盈利能力 。
向 6 英寸晶圓的轉變為生產帶來了諸多優化 。 Coherent 高意公司借助更高產能、更高效的自動化加工工具 ， 在不增加工廠占地面積的前提下 ， 實現了晶圓廠產能的大幅提升 。 同時 ， 自動化程度的提高有效降低了每個晶圓生產過程中的勞動力成本 。 多重因素疊加 ， 使得芯片成本降低幅度超過 60% ， 為半導體產品的大規模應用奠定了堅實的成本基礎 。
更大的晶圓尺寸還提高了一致性 ， 從而帶來更高的良率 。 同時 ， 它還降低了諸如晶圓認證等活動分攤到每個芯片上的間接成本 。
未來 ， 國內InP襯底市場將呈現國產加速與生態重構的趨勢 。 短期內 ， 中低端2-4英寸InP襯底將實現全面國產化 ， 價格下降30%-50%；6英寸襯底進入小批量試產 ， 半絕緣襯底良率提升至60% 。
長期來看 ， 6英寸襯底將實現量產 ， 半絕緣襯底市占率提升至30% ， 切入100G以上光模塊市場 。 國內企業將從襯底向外延片、器件延伸 ， 形成“材料-器件-應用”全產業鏈 ， 在價格和服務上擠壓國際廠商份額 ， 但技術壁壘仍需5-10年突破 。
04國產廠商也有布局當前全球InP襯底市場高度集中 ， 前三大廠商（日本住友電工、美國AXT、法國II-VI）占據91%的份額 。 日本住友電工采用VB法生產4英寸摻Fe半絕緣襯底 ， 技術成熟且良率穩定；美國AXT憑借VGF法實現6英寸InP襯底量產 ， 成本優勢顯著；法國II-VI則聚焦高端外延片 ， 在光通信領域占據主導地位 。 好在國產廠商也在不斷突破 。
國內替代進程中 ， 頭部企業加速技術攻關 。 如華芯晶電采用垂直梯度凝固法（VGF）突破4英寸InP襯底制備技術 ， 產品良率達70% ， 價格僅為進口產品的50% ， 已進入蘋果供應鏈 。 其子公司立昂晶電通過優化晶體生長工藝 ， 實現大尺寸、低位錯襯底量產 ， 填補國內空白 。
云南鍺業年產15萬片4英寸InP襯底 ， 良率提升至70% ， 計劃擴產至10噸/年（全球第一） ， 目標切入華為海思、Wolfspeed等頭部供應鏈 。 有研新材則布局InP外延片技術 ， 與國內光模塊廠商合作推進國產化 。
據了解 ， 云南鍺業“6英寸高品質磷化銦單晶片產業化關鍵技術研究項目”已完成項目研究任務 。 其控股子公司云南鑫耀半導體材料有限公司化合物半導體材料產品砷化鎵晶片（襯底）、磷化銦晶片（襯底）均已批量生產 ， 并已向國內外多家客戶供貨 ， 磷化銦晶片產能為15萬片/年（2-4英寸） 。
廣東平睿晶芯半導體有限公司投資控股的廣東平睿晶芯半導體科技產業園項目總投資11億元 ， 用地約100畝 ， 預計年產30萬片磷化銦單晶襯底片 ， 年銷售總收入預計超過6億元 。
此外 ， 國內生產磷化銦襯底的還有北京通美、珠海鼎泰等廠商 。 北京通美晶于2022年申報科創板 。 招股書顯示 ， 北京通美核心團隊從事III-V族化合物半導體材料業務已逾35年 ， 截至2021年9月30日 ， 北京通美擁有發明專利共計51項 ， 其中境內發明專利42項 ， 境外發明專利9項 ， 此外北京通美以Know-How方式保有眾多工藝及配方類專有技術 。 珠海鼎泰芯源于2017年與中國科學院半導體研究所共同成立“化合物半導體晶體材料聯合實驗室” ， 推動技術成果產業化 。
想要獲取半導體產業的前沿洞見、技術速遞、趨勢解析 ， 關注我們！

    推薦閱讀