光子集成电路应用（电信、数据通信、激光雷达和传感器等）正在推动磷化铟（InP）晶圆市场的发展！

数据通信是磷化铟晶圆市场的重要推动者

据麦姆斯咨询介绍，作为重要的三五族化合物半导体之一，磷化铟（InP）具有电子迁移率高、耐辐射性能好、禁带宽度大等优点，在两大应用领域拥有关键优势：（1）光子领域：波长为1000nm以上的发射和探测能力；（2）射频领域：高频RF应用中的高速和低噪声性能。虽然砷化镓（GaAs）和硅化锗（SiGe）等竞争对手的出货量较大，但是InP仍然是军事通信、雷达和辐射测量等性能驱动型利基市场以及自动测试设备的首选。此外，一些行业参与者（如Skyworks、GCS、IntelliEPI）正在关注即将到来的5G通信方面的InP技术。

目前，InP晶圆市场的真正推动力在于光子应用。在光通信中，InP在许多功能中提供高性能，包括发射、探测、调制和混合等，但由于其高成本，InP经常受到其它半导体技术的挑战。然而，InP是电信和数据通信应用中的收发器激光二极管不可或缺的构建模块。针对最近放缓的周期性电信市场，我们预计未来5G网络将会产生大规模投资计划。实际上，到2024年，电信领域的InP晶圆市场预计将达到5300万美元左右。此外，数据通信市场的巨额投资将来自互联网巨头，如谷歌（Google）、亚马逊（Amazon）、阿里巴巴（Alibaba）等。


InP晶圆市场预测

随着对更高速度的数据传输需求，收发器技术正在向提供更高速率（100GbE和400GbE）的方向转移，这对InP技术更为有利。数据通信领域的InP晶圆市场有望爆发，预计2017～2024年期间的复合年增长率高达28％。最后但充满希望的是，激动人心的激光雷达应用可能对InP技术有需求，即在更高的激光波长下可保障人眼安全，目前正处于早期研发阶段。

InP也非常适用于高频RF器件，如高电子迁移率晶体管（HEMT）和异质结双极晶体管（HBT）等。因为与InP晶格匹配的InGaAs外延层的载流子浓度和电子迁移率非常高，超过与GaAs晶格匹配的AlGaAs，这些作为高频器件的InP产品在超过十几赫兹的频率范围又很大的应用前景。因此基于InP的器件在毫米波通讯、图像传感等新的领域也有市场前景。

InP产业：在器件层面有众多参与者，在外延片和晶圆层面则高度集中

InP产业有各种不同的商业模式和众多参与者。值得注意的是，从晶圆到器件制造，该市场的集中度是不一样的。在器件层面，我们发现了30多家InP代工厂和集成制造晶圆厂（fab），其中大部分目前专注于光子集成电路芯片。InP晶圆厂遍布全球各地，从美国到欧洲和亚洲。大多数参与者都是拥有自己产品的集成制造晶圆厂。这些晶圆厂拥有外延生产能力或研发能力，同时也外包生产一些外延片。此外，还有InP晶圆厂在公开市场上购买外延片。我们预计未来几年外包比例不会迅速发展。

InP市场供应链纵览（光子和射频两大应用）

与器件制造相反，外延片市场则非常集中。Landmark是该市场上的领导者，专注于光子应用。另外，IQE则在光子和射频应用产品方面发挥着关键作用。

当我们观察晶圆层面时，发现其与外延片有着类似的集中度。超过80％的晶圆市场份额由两家公司占有：Sumitomo Electric Industries （SEI）和AXT。排名第三位的公司是JX Nippon Group。其它参与者要么处于中试生产，只能提供小量产能，要么仍处于研发阶段。

如果受到硅光子的挑战，那么基于InP的光子集成电路的未来在哪？

光子集成电路（Photonic IC， PIC）并不是一个新概念。它于1969年首次被提出，从那时起，人们研究和开发了多种不同的光子集成电路平台，如InP、硅光子和聚合物等。基于InP的光子集成电路被广泛研究，用于制造“发射”和／或“探测”光纤通信光谱中两种最佳波长（即1310nm和1550nm）的单一或集成器件。采用InP制造的激光器、光电二极管和波导管能够以玻璃光纤的最佳传输窗口工作，从而可实现高效的光纤通信。


基于InP的光子集成电路应用纵览

光通信器件主要采用基于InP的材料，波长单色性很好的InP激光器、调制器、探测器及其模块已广泛应用于光通信，从而推动数据传输的飞速发展。基于InP的半导体激光器主要是边发射激光器，有分布式反馈激光（DFB）、电吸收调制激光器（EML）两种类型，DFB可实现速率在25G及以下，传输距离在10千米以内，适用于数据中心、城域网及接入网；EML可实现速率在50G及以下，传输距离在80千米以内，主要适用于骨干网、城域网及DCI互联。

近年来，基于InP的光子集成电路面临硅光子的激烈竞争。其中，像英特尔（Intel）这样的大企业在硅光子方面投入了大量研发资金。实际上，在比较“硅光子”和“基于InP的光子集成电路”时，可以很容易发现：由于大尺寸、高质量的硅晶圆，硅光子在大批量应用中的成本优势毋庸置疑。虽然InP面临（并将继续面临）来自光子应用的其它材料竞争，但是InP的直接带隙使其具有激光二极管应用的独特之处。因此，我们相信InP激光器将存在很长时间，至少对于有源光电器件而言如此。此外，基于InP的光子集成电路适用于小批量应用，可满足医疗、高端激光雷达（LiDAR）、传感及光通信等多种市场需求。这些领域的厂商可能会利用现有的电信／数据通信供应链来加速发展。