光子集成電路應用（電信、數據通信、激光雷達和傳感器等）正在推動磷化銦（InP）晶圓市場的發展！

數據通信是磷化銦晶圓市場的重要推動者

據麥姆斯谘詢介紹，作為重要的三五族化合物半導體之一，磷化銦（InP）具有電子遷移率高、耐輻射性能好、禁帶寬度大等優點，在兩大應用領域擁有關鍵優勢：（1）光子領域：波長為1000nm以上的發射和探測能力；（2）射頻領域：高頻RF應用中的高速和低噪聲性能。雖然砷化镓（GaAs）和矽化鍺（SiGe）等競爭對手的出貨量較大，但是InP仍然是軍事通信、雷達和輻射測量等性能驅動型利基市場以及自動測試設備的首選。此外，一些行業參與者（如Skyworks、GCS、IntelliEPI）正在關注即將到來的5G通信方麵的InP技術。

目前，InP晶圓市場的真正推動力在於光子應用。在光通信中，InP在許多功能中提供高性能，包括發射、探測、調製和混合等，但由於其高成本，InP經常受到其它半導體技術的挑戰。然而，InP是電信和數據通信應用中的收發器激光二極管不可或缺的構建模塊。針對最近放緩的周期性電信市場，我們預計未來5G網絡將會產生大規模投資計劃。實際上，到2024年，電信領域的InP晶圓市場預計將達到5300萬美元左右。此外，數據通信市場的巨額投資將來自互聯網巨頭，如穀歌（Google）、亞馬遜（Amazon）、阿裏巴巴（Alibaba）等。


InP晶圓市場預測

隨著對更高速度的數據傳輸需求，收發器技術正在向提供更高速率（100GbE和400GbE）的方向轉移，這對InP技術更為有利。數據通信領域的InP晶圓市場有望爆發，預計2017～2024年期間的複合年增長率高達28％。最後但充滿希望的是，激動人心的激光雷達應用可能對InP技術有需求，即在更高的激光波長下可保障人眼安全，目前正處於早期研發階段。

InP也非常適用於高頻RF器件，如高電子遷移率晶體管（HEMT）和異質結雙極晶體管（HBT）等。因為與InP晶格匹配的InGaAs外延層的載流子濃度和電子遷移率非常高，超過與GaAs晶格匹配的AlGaAs，這些作為高頻器件的InP產品在超過十幾赫茲的頻率範圍又很大的應用前景。因此基於InP的器件在毫米波通訊、圖像傳感等新的領域也有市場前景。

InP產業：在器件層麵有眾多參與者，在外延片和晶圓層麵則高度集中

InP產(chan) 業(ye) 有各種不同的商業(ye) 模式和眾(zhong) 多參與(yu) 者。值得注意的是，從(cong) 晶圓到器件製造，該市場的集中度是不一樣的。在器件層麵，我們(men) 發現了30多家InP代工廠和集成製造晶圓廠（fab），其中大部分目前專(zhuan) 注於(yu) 光子集成電路芯片。InP晶圓廠遍布全球各地，從(cong) 美國到歐洲和亞(ya) 洲。大多數參與(yu) 者都是擁有自己產(chan) 品的集成製造晶圓廠。這些晶圓廠擁有外延生產(chan) 能力或研發能力，同時也外包生產(chan) 一些外延片。此外，還有InP晶圓廠在公開市場上購買(mai) 外延片。我們(men) 預計未來幾年外包比例不會(hui) 迅速發展。

InP市場供應鏈縱覽（光子和射頻兩(liang) 大應用）

與(yu) 器件製造相反，外延片市場則非常集中。Landmark是該市場上的領導者，專(zhuan) 注於(yu) 光子應用。另外，IQE則在光子和射頻應用產(chan) 品方麵發揮著關(guan) 鍵作用。

當我們(men) 觀察晶圓層麵時，發現其與(yu) 外延片有著類似的集中度。超過80％的晶圓市場份額由兩(liang) 家公司占有：Sumitomo Electric Industries （SEI）和AXT。排名第三位的公司是JX Nippon Group。其它參與(yu) 者要麽(me) 處於(yu) 中試生產(chan) ，隻能提供小量產(chan) 能，要麽(me) 仍處於(yu) 研發階段。

如果受到矽光子的挑戰，那麽(me) 基於(yu) InP的光子集成電路的未來在哪？

光子集成電路（Photonic IC， PIC）並不是一個(ge) 新概念。它於(yu) 1969年首次被提出，從(cong) 那時起，人們(men) 研究和開發了多種不同的光子集成電路平台，如InP、矽光子和聚合物等。基於(yu) InP的光子集成電路被廣泛研究，用於(yu) 製造“發射”和／或“探測”光纖通信光譜中兩(liang) 種最佳波長（即1310nm和1550nm）的單一或集成器件。采用InP製造的激光器、光電二極管和波導管能夠以玻璃光纖的最佳傳(chuan) 輸窗口工作，從(cong) 而可實現高效的光纖通信。


基於(yu) InP的光子集成電路應用縱覽

光通信器件主要采用基於(yu) InP的材料，波長單色性很好的InP激光器、調製器、探測器及其模塊已廣泛應用於(yu) 光通信，從(cong) 而推動數據傳(chuan) 輸的飛速發展。基於(yu) InP的半導體(ti) 激光器主要是邊發射激光器，有分布式反饋激光（DFB）、電吸收調製激光器（EML）兩(liang) 種類型，DFB可實現速率在25G及以下，傳(chuan) 輸距離在10千米以內(nei) ，適用於(yu) 數據中心、城域網及接入網；EML可實現速率在50G及以下，傳(chuan) 輸距離在80千米以內(nei) ，主要適用於(yu) 骨幹網、城域網及DCI互聯。

近年來，基於(yu) InP的光子集成電路麵臨(lin) 矽光子的激烈競爭(zheng) 。其中，像英特爾（Intel）這樣的大企業(ye) 在矽光子方麵投入了大量研發資金。實際上，在比較“矽光子”和“基於(yu) InP的光子集成電路”時，可以很容易發現：由於(yu) 大尺寸、高質量的矽晶圓，矽光子在大批量應用中的成本優(you) 勢毋庸置疑。雖然InP麵臨(lin) （並將繼續麵臨(lin) ）來自光子應用的其它材料競爭(zheng) ，但是InP的直接帶隙使其具有激光二極管應用的獨特之處。因此，我們(men) 相信InP激光器將存在很長時間，至少對於(yu) 有源光電器件而言如此。此外，基於(yu) InP的光子集成電路適用於(yu) 小批量應用，可滿足醫療、高端激光雷達（LiDAR）、傳(chuan) 感及光通信等多種市場需求。這些領域的廠商可能會(hui) 利用現有的電信／數據通信供應鏈來加速發展。