本站萬里行行程，我們走進的是III-V族化合物半導體襯底材料行業第一梯隊的企業--北京通美晶體技術股份有限公司（下文簡稱通美晶體）。“III-V族化合物半導體”是第二代半導體的典型代表。曾幾何時，它因熱度不及第三代半導體而略顯低調，但在5G通信、數據中心、新一代顯示、車載激光雷達等新興應用的推動下，正重新釋放價值，并進入加速成長的新階段。

萬里行團隊與通美晶體王元立博士及研發團隊工程師合影

一代二代三代，給人感覺就是更新換代。的確，第二代、第三代的研究最初源于第一代材料在高頻、光電子、高壓功率等應用方向的不足，這是“補短板”的邏輯。但隨著材料性能被不斷驗證，它們并不能全面替代前一代，而是逐漸形成了分工格局，各自擅長的方向不同。

半導體的代數是以材料研究及規模化的時間為依據劃分的

例如當下備受關注的第三代半導體材料在高溫高壓領域性能優于硅，因此在新能源與電力電子大功率器件中大展身手，而硅在傳統領域仍然占主導地位，第二代半導體則因具備高頻、高速和優異的光電子性能，牢牢占據通信與光電領域。

在本次實地走訪中，萬里行團隊與北京通美晶體核心技術人員王元立博士、朱立明博士等進行了深入交流。在技術支持副總經理朱立明博士的詳細報告中，團隊全面了解了通美晶體的技術、產品與應用情況，切實感受到第二代半導體的獨特價值；隨后，在王元立博士的帶領下，團隊實地參觀了生產車間，對晶體的生長與加工流程有了更直觀的認識。本次走訪讓萬里行團隊受益匪淺，編輯團隊在此基礎上結合企業相關資料對內容進行了整理，以期將這些信息分享給行業讀者，供參考與借鑒。

一、通美晶體的產品與技術優勢

通美晶體目前的主要產品包括磷化銦（InP）襯底、砷化鎵（GaAs）襯底、鍺（Ge）襯底、PBN材料及其他高純材料。

據王元立博士介紹，在核心的單晶生長環節，公司采用VGF法（垂直梯度凝固法）制備砷化鎵、磷化銦及鍺單晶。據了解，VGF法（垂直梯度凝固法）與VB法（垂直布里奇曼法）原理相似，都屬于布里奇曼體系的單晶生長方法，又被稱為“坩堝下降法”，即晶體在溫度梯度作用下由熔體自下而上凝固成整塊晶體。不同的是，VB法需要坩堝下降走車機構與旋轉機構，而VGF法則通過精確調控結晶爐上下加熱區溫差來實現溫度梯度，坩堝保持固定不動，固–液界面在溫控下逐漸上移。由于避免了機械運動帶來的擾動，VGF法能夠保持生長界面的穩定，適合制備超低位錯的砷化鎵單晶。

值得關注的是，通美晶體的控股股東AXT，是全球最早將VGF法成功應用于砷化鎵襯底商業化生產的企業之一，這一背景，使得通美晶體在高端化合物半導體材料領域擁有深厚的技術積累與產業優勢。同時，公司核心團隊在III-V族化合物半導體領域深耕逾35年，憑借長期實踐形成了穩定可靠的工藝體系和持續創新能力，為企業規模化發展提供了堅實保障。

二、通美晶體的客戶群體

在全球III-V族化合物半導體材料行業內，通美晶體擁有完整、獨立的技術、生產制造體系。通美晶體不僅擁有多項專利技術（已授權發明專利84項，中國境內73項，中國境外11項），還以技術訣竅（Know-How）的方式保有晶體生長、摻雜控制、切割、研磨、拋光工藝及配方類等多項專有技術。

憑借可靠的產品品質和良好的市場聲譽，產品得到了眾多境內外客戶的認可，與多家知名企業有著多年密切的合作。通美晶體的主要客戶為美國、歐洲、中國大陸及中國臺灣地區上市公司，包括國際知名車企供應鏈及多家外延廠商、代工廠商、芯片及器件廠商。此外，與國內外知名科研院所合作密切，如：中國科學院、美國麻省理工學院、美國加州理工學院等研究所及高校向公司采購半導體材料，產品用于教學及學術研究。

三、工藝突破：8英寸砷化鎵及6英寸磷化銦

工業上常見的砷化鎵（GaAs）標準尺寸:2″、3″、4″和6″；磷化銦（InP）尺寸：主要為2″、3″和4″。

砷化鎵及磷化銦晶體

據了解，通美晶體是目前全球范圍內少數掌握8英寸砷化鎵襯底及6英寸磷化銦襯底生產技術的企業之一。大尺寸化既是行業趨勢，也是技術門檻。能穩定量產8英寸砷化鎵、6英寸磷化銦的企業鳳毛麟角，代表著在熱場設計、位錯控制、純度管理和加工工藝等多個維度實現了突破，沒有多年的技術積累是做不到的。

四、產品應用及新的市場機會

1）磷化銦襯底磷化銦襯底：光模塊器件、傳感器件、射頻器件

①遠距離通信、數據中心光模塊器件

磷化銦（InP）襯底是高速光電子器件的核心材料，其獨特優勢在于在1.3μm和1.55μm波段下光纖色散最低、損耗最小。這兩個波段正是全球光通信的主干波段，使得基于InP的激光器和探測器特別適合遠距離、大容量光纖傳輸。相比其他半導體材料，InP能顯著降低信號在長距離傳輸中的衰減和失真，從而成為城域網、骨干網及跨洋光纜等長距離光通信系統的首選材料。

更值得關注的是，5G基站對光模塊的需求量顯著高于4G基站。隨著5G大規模建設的鋪開，以及基站網絡架構向“前傳、中傳、回傳”多層級演進，光模塊用量呈指數級增長。與此同時，園區間及城市間的數據中心互聯（DCI）正在驅動100G/400G/800G光模塊快速放量，而國際長距離通信與跨洋光纜的新建與升級也在持續加速。這些因素共同作用，正在推動InP光模塊市場需求釋放。可以預見，未來數年，InP襯底將在全球高速光通信產業鏈中繼續保持高速成長，并長期占據主流地位。

②智能穿戴傳感器

使用磷化銦襯底制造的可穿戴設備具備脈沖響應好、信噪比好等特性。在應用上，基于InP的傳感器可嵌入智能手表、手環、醫療級可穿戴設備，實現對多種生命體征的實時監測，包括：

心率監測：通過光學信號反射和吸收的變化，實時捕捉心率波動；

血氧飽和度：利用近紅外光穿透皮下組織，精確測量血液含氧量；

血壓與血糖監測：結合多模光學檢測技術，探索無創監測的可能性。

隨著健康管理、遠程醫療、運動監測等需求快速增長，對傳感器的靈敏度、功耗和精度提出了更高的要求。基于InP襯底的高性能光電器件有望在這一賽道獲得更大的應用空間，推動智能穿戴從“消費電子”產品向“醫療健康”產品的跨界延伸。

③衛星、雷達射頻器件

在射頻領域，磷化銦（InP）襯底憑借其優異的高速與低噪聲特性，被廣泛用于高頻高功率器件、光纖通信、無線傳輸以及射電天文學（用于射電望遠鏡，通過電波看宇宙）。使用磷化銦襯底制造的射頻器件能工作在>100GHz甚至太赫茲頻段，比GaAs、SiGe相比噪聲更低，頻率響應更好。已在衛星、雷達等應用場景中表現出優異的性能。

衛星互聯網：隨著“星鏈”模式的快速擴張，近地軌道衛星對高速、低延遲射頻芯片的需求持續上升，InP LNA （Low Noise Amplifier低噪聲放大器，是接收端里最關鍵的一環，能把極弱的信號“放大且保真”）已成為地面接收站和衛星終端的關鍵。

相控陣雷達：在軍事、氣象監測和民用航空中需求增長，InP芯片在高頻低噪聲探測中具有優勢。

備注：射頻（RF，Radio Frequency）指3kHz–300GHz范圍內的電磁波。我們日常使用的手機信號、Wi-Fi、藍牙、基站通信、衛星通信都屬于射頻范疇。射頻器件就是專門處理、產生或放大射頻信號的半導體器件，它們讓無線信號能在發射端、接收端正常工作。

2）砷化鎵襯底：LED、射頻器件、激光器

①新一代顯示器：MiniLED和MicroLED

LED是砷化鎵（GaAs）最早實現產業化的應用領域之一，紅光與紅外LED芯片長期以來主要依賴GaAs襯底。隨著照明市場的發展，普通白光照明LED已基本由氮化鎵（GaN）主導，這一領域對材料性能要求相對不高，更強調成本與規模化生產。

相比之下，新一代顯示技術對LED芯片有著更高的要求。MiniLED芯片尺寸約為50–200μm（亞毫米級），而MicroLED芯片則小于50μm（微米級），在如此小型化的條件下，器件對亮度一致性、壽命和能效的要求顯著提升。GaAs基紅光LED與GaN基藍/綠光LED形成互補，共同構成RGB全彩顯示方案，隨著高端顯示、車載顯示、AR/VR等新興應用的快速發展，Mini/MicroLED正為GaAs開辟出新的增量市場空間。

②智能手機射頻功率放大器（PA）

在射頻器件領域，砷化鎵（GaAs）是商用市場的主流材料。憑借工藝成熟、成本適中和優異的高頻性能，GaAs長期占據消費電子、小型基站及中低頻段射頻前端的核心地位。

其中最典型的應用是智能手機射頻功率放大器PA（Power Amplifier 功率放大器）：每一部智能手機都集成有多個PA，用于不同頻段的信號放大。隨著4G向5G的演進，單機PA的數量從4G時代的約6–8個，增加到5G機型的10個以上，部分高端機型甚至可達十余個。同時，多模多頻（Sub-6G + 毫米波）的需求也顯著提升了射頻前端芯片的價值量。

③激光器應用：自動駕駛LiDAR 與 3D 傳感 VCSEL

激光器是通過受激輻射方式產生可見光或不可見光的器件，構造復雜、技術壁壘高，由大量光學材料和元器件組成。在半導體激光器領域，砷化鎵（GaAs）襯底憑借高電子遷移率與優異光電性能，成為紅外激光器和近紅外VCSEL的主流材料。

在自動駕駛激光雷達（LiDAR）中，基于GaAs的紅外激光器與傳感器具備高功率密度、低能耗、抗高溫、發光效率高、擊穿電壓高等特性，能夠實現遠距離探測與高精度成像，正逐步應用于智能汽車與無人駕駛系統，為環境感知和安全冗余提供關鍵支撐。

與此同時，VCSEL（垂直腔面發射激光器）作為3D傳感技術的核心器件，與傳統邊發射激光器相比，具有耦合效率高、功耗低、波長一致性好、陣列集成度高等優勢。基于GaAsVCSEL的3D傳感方案，已經在智能手機的人臉識別、手勢識別中實現大規模應用，并正在加速拓展至智慧駕駛、服務機器人、智能家居、智慧電視、安防監控、3D建模及VR/AR等新興領域。

隨著自動駕駛產業升級和消費電子智能化擴展，GaAs襯底在激光器領域的應用正進入快速放量期。其中，LiDAR激光器面向遠距離環境感知，而VCSEL則支撐近距離高精度3D感知，兩者形成互補，共同構成GaAs光電應用的重要增量市場。

3）鍺襯底：商業航天太陽能電池

鍺是稀有金屬，基于鍺襯底的太陽能電池造價昂貴。盡管如此，基于鍺襯底的砷化鎵太陽能電池，還是憑借高達約40%的光電轉換效率、優異的抗輻照性能以及高輸出電壓，在空間供電領域展現出不可替代的優勢。與傳統硅基太陽能電池相比，鍺襯底砷化鎵電池不僅具備更強的環境適應性，還能顯著延長在軌壽命，從而提升航天器整體服役周期和任務可靠性。目前，全球超過95%的空間供電系統采用鍺襯底砷化鎵太陽能電池，確立了其在航天應用中的絕對主流地位。在可預見的相當長時期內，該技術仍將是空間供電的核心選擇。

隨著低軌寬帶通信、地球觀測、深空探測等任務快速增長，全球人造衛星與航天器的年發射量持續攀升，對具備高效率、長壽命特征的太陽能電池提出更高要求。這一趨勢，正在為以鍺襯底砷化鎵為代表的高端航天級太陽能電池打開更為廣闊且真實的市場機會

4）熱解PBN材料及其他高純材料：半導體行業配套材料

熱解氮化硼（PBN）屬于特種陶瓷材料，該無毒、無孔隙、易加工。目前主要應用于原位合成GaAs、InP、GaP單晶的LEC、VGF系列坩堝等領域。據王博士介紹，通美公司自主生產的PBN材料及其他高純材料產品，不僅從源頭保障了半導體襯底的高品質供應，還在化合物半導體、半導體設備、OLED、LED等前沿產業中發揮著不可或缺的作用。

通美晶體熱解氮化硼坩堝

小結

在“第二代半導體”迎來新一輪發展機遇的背景下，通美晶體憑借深厚的工藝積淀與領先的技術實力，穩居III-V族化合物半導體襯底材料行業的第一梯隊。公司不僅在VGF法單晶生長、大尺寸襯底制備等關鍵環節實現了技術突破，還率先掌握了8英寸砷化鎵、6英寸磷化銦的量產能力，奠定了堅實的競爭壁壘。

與此同時，通美晶體圍繞北京，先后在河北保定、遼寧朝陽和天津建立生產基地，總占地近700畝，形成了從原料到襯底、再到裝備配套材料的完整體系。這種布局，不僅保障了企業的持續擴產和供應能力，也為國內化合物半導體產業鏈的自主可控提供了有力支撐。

粉體工業萬里行