光子集成電路應(yīng)用（電信、數(shù)據(jù)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(fā)展！

數(shù)據(jù)通信是磷化銦晶圓市場的重要推動者

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，作為重要的三五族化合物半導(dǎo)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(yōu)點，在兩大應(yīng)用領(lǐng)域擁有關(guān)鍵優(yōu)勢：（1）光子領(lǐng)域：波長為1000nm以上的發(fā)射和探測能力；（2）射頻領(lǐng)域：高頻RF應(yīng)用中的高速和低噪聲性能。雖然砷化鎵（GaAs）和硅化鍺（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(qū)動型利基市場以及自動測試設(shè)備的首選。此外，一些行業(yè)參與者（如Skyworks、GCS、IntelliEPI）正在關(guān)注即將到來的5G通信方面的InP技術(shù)。

目前，InP晶圓市場的真正推動力在于光子應(yīng)用。在光通信中，InP在許多功能中提供高性能，包括發(fā)射、探測、調(diào)制和混合等，但由于其高成本，InP經(jīng)常受到其它半導(dǎo)體技術(shù)的挑戰(zhàn)。然而，InP是電信和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用中的收發(fā)器激光二極管不可或缺的構(gòu)建模塊。針對最近放緩的周期性電信市場，我們預(yù)計未來5G網(wǎng)絡(luò)將會產(chǎn)生大規(guī)模投資計劃。實際上，到2024年，電信領(lǐng)域的InP晶圓市場預(yù)計將達到5300萬美元左右。此外，數(shù)據(jù)通信市場的巨額投資將來自互聯(lián)網(wǎng)巨頭，如谷歌（Google）、亞馬遜（Amazon）、阿里巴巴（Alibaba）等。


InP晶圓市場預(yù)測

隨著對更高速度的數(shù)據(jù)傳輸需求，收發(fā)器技術(shù)正在向提供更高速率（100GbE和400GbE）的方向轉(zhuǎn)移，這對InP技術(shù)更為有利。數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的InP晶圓市場有望爆發(fā)，預(yù)計2017～2024年期間的復(fù)合年增長率高達28％。最后但充滿希望的是，激動人心的激光雷達應(yīng)用可能對InP技術(shù)有需求，即在更高的激光波長下可保障人眼安全，目前正處于早期研發(fā)階段。

InP也非常適用于高頻RF器件，如高電子遷移率晶體管（HEMT）和異質(zhì)結(jié)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(chǎn)品在超過十幾赫茲的頻率范圍又很大的應(yīng)用前景。因此基于InP的器件在毫米波通訊、圖像傳感等新的領(lǐng)域也有市場前景。

InP產(chǎn)業(yè)：在器件層面有眾多參與者，在外延片和晶圓層面則高度集中

InP產(chǎn)業(yè)有各種不同的商業(yè)模式和眾多參與者。值得注意的是，從晶圓到器件制造，該市場的集中度是不一樣的。在器件層面，我們發(fā)現(xiàn)了30多家InP代工廠和集成制造晶圓廠（fab），其中大部分目前專注于光子集成電路芯片。InP晶圓廠遍布全球各地，從美國到歐洲和亞洲。大多數(shù)參與者都是擁有自己產(chǎn)品的集成制造晶圓廠。這些晶圓廠擁有外延生產(chǎn)能力或研發(fā)能力，同時也外包生產(chǎn)一些外延片。此外，還有InP晶圓廠在公開市場上購買外延片。我們預(yù)計未來幾年外包比例不會迅速發(fā)展。

InP市場供應(yīng)鏈縱覽（光子和射頻兩大應(yīng)用）

與器件制造相反，外延片市場則非常集中。Landmark是該市場上的領(lǐng)導(dǎo)者，專注于光子應(yīng)用。另外，IQE則在光子和射頻應(yīng)用產(chǎn)品方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

當(dāng)我們觀察晶圓層面時，發(fā)現(xiàn)其與外延片有著類似的集中度。超過80％的晶圓市場份額由兩家公司占有：Sumitomo Electric Industries （SEI）和AXT。排名第三位的公司是JX Nippon Group。其它參與者要么處于中試生產(chǎn)，只能提供小量產(chǎn)能，要么仍處于研發(fā)階段。

如果受到硅光子的挑戰(zhàn)，那么基于InP的光子集成電路的未來在哪？

光子集成電路（Photonic IC， PIC）并不是一個新概念。它于1969年首次被提出，從那時起，人們研究和開發(fā)了多種不同的光子集成電路平臺，如InP、硅光子和聚合物等。基于InP的光子集成電路被廣泛研究，用于制造“發(fā)射”和／或“探測”光纖通信光譜中兩種最佳波長（即1310nm和1550nm）的單一或集成器件。采用InP制造的激光器、光電二極管和波導(dǎo)管能夠以玻璃光纖的最佳傳輸窗口工作，從而可實現(xiàn)高效的光纖通信。


基于InP的光子集成電路應(yīng)用縱覽

光通信器件主要采用基于InP的材料，波長單色性很好的InP激光器、調(diào)制器、探測器及其模塊已廣泛應(yīng)用于光通信，從而推動數(shù)據(jù)傳輸?shù)娘w速發(fā)展?；贗nP的半導(dǎo)體激光器主要是邊發(fā)射激光器，有分布式反饋激光（DFB）、電吸收調(diào)制激光器（EML）兩種類型，DFB可實現(xiàn)速率在25G及以下，傳輸距離在10千米以內(nèi)，適用于數(shù)據(jù)中心、城域網(wǎng)及接入網(wǎng)；EML可實現(xiàn)速率在50G及以下，傳輸距離在80千米以內(nèi)，主要適用于骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)及DCI互聯(lián)。

近年來，基于InP的光子集成電路面臨硅光子的激烈競爭。其中，像英特爾（Intel）這樣的大企業(yè)在硅光子方面投入了大量研發(fā)資金。實際上，在比較“硅光子”和“基于InP的光子集成電路”時，可以很容易發(fā)現(xiàn)：由于大尺寸、高質(zhì)量的硅晶圓，硅光子在大批量應(yīng)用中的成本優(yōu)勢毋庸置疑。雖然InP面臨（并將繼續(xù)面臨）來自光子應(yīng)用的其它材料競爭，但是InP的直接帶隙使其具有激光二極管應(yīng)用的獨特之處。因此，我們相信InP激光器將存在很長時間，至少對于有源光電器件而言如此。此外，基于InP的光子集成電路適用于小批量應(yīng)用，可滿足醫(yī)療、高端激光雷達（LiDAR）、傳感及光通信等多種市場需求。這些領(lǐng)域的廠商可能會利用現(xiàn)有的電信／數(shù)據(jù)通信供應(yīng)鏈來加速發(fā)展。