本站万里行行程，我们走进的是III-V族化合物半导体衬底材料行业第一梯队的企业--北京通美晶体技术股份有限公司（下文简称通美晶体）。“III-V族化合物半导体”是第二代半导体的典型代表。曾几何时，它因热度不及第三代半导体而略显低调，但在5G通信、数据中心、新一代显示、车载激光雷达等新兴应用的推动下，正重新释放价值，并进入加速成长的新阶段。

万里行团队与通美晶体王元立博士及研发团队工程师合影

一代二代三代，给人感觉就是更新换代。的确，第二代、第三代的研究最初源于第一代材料在高频、光电子、高压功率等应用方向的不足，这是“补短板”的逻辑。但随着材料性能被不断验证，它们并不能全面替代前一代，而是逐渐形成了分工格局，各自擅长的方向不同。

半导体的代数是以材料研究及规模化的时间为依据划分的

例如当下备受关注的第三代半导体材料在高温高压领域性能优于硅，因此在新能源与电力电子大功率器件中大展身手，而硅在传统领域仍然占主导地位，第二代半导体则因具备高频、高速和优异的光电子性能，牢牢占据通信与光电领域。

在本次实地走访中，万里行团队与北京通美晶体核心技术人员王元立博士、朱立明博士等进行了深入交流。在技术支持副总经理朱立明博士的详细报告中，团队全面了解了通美晶体的技术、产品与应用情况，切实感受到第二代半导体的独特价值；随后，在王元立博士的带领下，团队实地参观了生产车间，对晶体的生长与加工流程有了更直观的认识。本次走访让万里行团队受益匪浅，编辑团队在此基础上结合企业相关资料对内容进行了整理，以期将这些信息分享给行业读者，供参考与借鉴。

一、通美晶体的产品与技术优势

通美晶体目前的主要产品包括磷化铟（InP）衬底、砷化镓（GaAs）衬底、锗（Ge）衬底、PBN材料及其他高纯材料。

据王元立博士介绍，在核心的单晶生长环节，公司采用VGF法（垂直梯度凝固法）制备砷化镓、磷化铟及锗单晶。据了解，VGF法（垂直梯度凝固法）与VB法（垂直布里奇曼法）原理相似，都属于布里奇曼体系的单晶生长方法，又被称为“坩埚下降法”，即晶体在温度梯度作用下由熔体自下而上凝固成整块晶体。不同的是，VB法需要坩埚下降走车机构与旋转机构，而VGF法则通过精确调控结晶炉上下加热区温差来实现温度梯度，坩埚保持固定不动，固–液界面在温控下逐渐上移。由于避免了机械运动带来的扰动，VGF法能够保持生长界面的稳定，适合制备超低位错的砷化镓单晶。

值得关注的是，通美晶体的控股股东AXT，是全球最早将VGF法成功应用于砷化镓衬底商业化生产的企业之一，这一背景，使得通美晶体在高端化合物半导体材料领域拥有深厚的技术积累与产业优势。同时，公司核心团队在III-V族化合物半导体领域深耕逾35年，凭借长期实践形成了稳定可靠的工艺体系和持续创新能力，为企业规模化发展提供了坚实保障。

二、通美晶体的客户群体

在全球III-V族化合物半导体材料行业内，通美晶体拥有完整、独立的技术、生产制造体系。通美晶体不仅拥有多项专利技术（已授权发明专利84项，中国境内73项，中国境外11项），还以技术诀窍（Know-How）的方式保有晶体生长、掺杂控制、切割、研磨、抛光工艺及配方类等多项专有技术。

凭借可靠的产品品质和良好的市场声誉，产品得到了众多境内外客户的认可，与多家知名企业有着多年密切的合作。通美晶体的主要客户为美国、欧洲、中国大陆及中国台湾地区上市公司，包括国际知名车企供应链及多家外延厂商、代工厂商、芯片及器件厂商。此外，与国内外知名科研院所合作密切，如：中国科学院、美国麻省理工学院、美国加州理工学院等研究所及高校向公司采购半导体材料，产品用于教学及学术研究。

三、工艺突破：8英寸砷化镓及6英寸磷化铟

工业上常见的砷化镓（GaAs）标准尺寸:2″、3″、4″和6″；磷化铟（InP）尺寸：主要为2″、3″和4″。

砷化镓及磷化铟晶体

据了解，通美晶体是目前全球范围内少数掌握8英寸砷化镓衬底及6英寸磷化铟衬底生产技术的企业之一。大尺寸化既是行业趋势，也是技术门槛。能稳定量产8英寸砷化镓、6英寸磷化铟的企业凤毛麟角，代表着在热场设计、位错控制、纯度管理和加工工艺等多个维度实现了突破，没有多年的技术积累是做不到的。

四、产品应用及新的市场机会

1）磷化铟衬底磷化铟衬底：光模块器件、传感器件、射频器件

①远距离通信、数据中心光模块器件

磷化铟（InP）衬底是高速光电子器件的核心材料，其独特优势在于在1.3μm和1.55μm波段下光纤色散最低、损耗最小。这两个波段正是全球光通信的主干波段，使得基于InP的激光器和探测器特别适合远距离、大容量光纤传输。相比其他半导体材料，InP能显著降低信号在长距离传输中的衰减和失真，从而成为城域网、骨干网及跨洋光缆等长距离光通信系统的首选材料。

更值得关注的是，5G基站对光模块的需求量显著高于4G基站。随着5G大规模建设的铺开，以及基站网络架构向“前传、中传、回传”多层级演进，光模块用量呈指数级增长。与此同时，园区间及城市间的数据中心互联（DCI）正在驱动100G/400G/800G光模块快速放量，而国际长距离通信与跨洋光缆的新建与升级也在持续加速。这些因素共同作用，正在推动InP光模块市场需求释放。可以预见，未来数年，InP衬底将在全球高速光通信产业链中继续保持高速成长，并长期占据主流地位。

②智能穿戴传感器

使用磷化铟衬底制造的可穿戴设备具备脉冲响应好、信噪比好等特性。在应用上，基于InP的传感器可嵌入智能手表、手环、医疗级可穿戴设备，实现对多种生命体征的实时监测，包括：

心率监测：通过光学信号反射和吸收的变化，实时捕捉心率波动；

血氧饱和度：利用近红外光穿透皮下组织，精确测量血液含氧量；

血压与血糖监测：结合多模光学检测技术，探索无创监测的可能性。

随着健康管理、远程医疗、运动监测等需求快速增长，对传感器的灵敏度、功耗和精度提出了更高的要求。基于InP衬底的高性能光电器件有望在这一赛道获得更大的应用空间，推动智能穿戴从“消费电子”产品向“医疗健康”产品的跨界延伸。

③卫星、雷达射频器件

在射频领域，磷化铟（InP）衬底凭借其优异的高速与低噪声特性，被广泛用于高频高功率器件、光纤通信、无线传输以及射电天文学（用于射电望远镜，通过电波看宇宙）。使用磷化铟衬底制造的射频器件能工作在>100GHz甚至太赫兹频段，比GaAs、SiGe相比噪声更低，频率响应更好。已在卫星、雷达等应用场景中表现出优异的性能。

卫星互联网：随着“星链”模式的快速扩张，近地轨道卫星对高速、低延迟射频芯片的需求持续上升，InP LNA （Low Noise Amplifier低噪声放大器，是接收端里最关键的一环，能把极弱的信号“放大且保真”）已成为地面接收站和卫星终端的关键。

相控阵雷达：在军事、气象监测和民用航空中需求增长，InP芯片在高频低噪声探测中具有优势。

备注：射频（RF，Radio Frequency）指3kHz–300GHz范围内的电磁波。我们日常使用的手机信号、Wi-Fi、蓝牙、基站通信、卫星通信都属于射频范畴。射频器件就是专门处理、产生或放大射频信号的半导体器件，它们让无线信号能在发射端、接收端正常工作。

2）砷化镓衬底：LED、射频器件、激光器

①新一代显示器：MiniLED和MicroLED

LED是砷化镓（GaAs）最早实现产业化的应用领域之一，红光与红外LED芯片长期以来主要依赖GaAs衬底。随着照明市场的发展，普通白光照明LED已基本由氮化镓（GaN）主导，这一领域对材料性能要求相对不高，更强调成本与规模化生产。

相比之下，新一代显示技术对LED芯片有着更高的要求。MiniLED芯片尺寸约为50–200μm（亚毫米级），而MicroLED芯片则小于50μm（微米级），在如此小型化的条件下，器件对亮度一致性、寿命和能效的要求显著提升。GaAs基红光LED与GaN基蓝/绿光LED形成互补，共同构成RGB全彩显示方案，随着高端显示、车载显示、AR/VR等新兴应用的快速发展，Mini/MicroLED正为GaAs开辟出新的增量市场空间。

②智能手机射频功率放大器（PA）

在射频器件领域，砷化镓（GaAs）是商用市场的主流材料。凭借工艺成熟、成本适中和优异的高频性能，GaAs长期占据消费电子、小型基站及中低频段射频前端的核心地位。

其中最典型的应用是智能手机射频功率放大器PA（Power Amplifier 功率放大器）：每一部智能手机都集成有多个PA，用于不同频段的信号放大。随着4G向5G的演进，单机PA的数量从4G时代的约6–8个，增加到5G机型的10个以上，部分高端机型甚至可达十余个。同时，多模多频（Sub-6G + 毫米波）的需求也显著提升了射频前端芯片的价值量。

③激光器应用：自动驾驶LiDAR 与 3D 传感 VCSEL

激光器是通过受激辐射方式产生可见光或不可见光的器件，构造复杂、技术壁垒高，由大量光学材料和元器件组成。在半导体激光器领域，砷化镓（GaAs）衬底凭借高电子迁移率与优异光电性能，成为红外激光器和近红外VCSEL的主流材料。

在自动驾驶激光雷达（LiDAR）中，基于GaAs的红外激光器与传感器具备高功率密度、低能耗、抗高温、发光效率高、击穿电压高等特性，能够实现远距离探测与高精度成像，正逐步应用于智能汽车与无人驾驶系统，为环境感知和安全冗余提供关键支撑。

与此同时，VCSEL（垂直腔面发射激光器）作为3D传感技术的核心器件，与传统边发射激光器相比，具有耦合效率高、功耗低、波长一致性好、阵列集成度高等优势。基于GaAsVCSEL的3D传感方案，已经在智能手机的人脸识别、手势识别中实现大规模应用，并正在加速拓展至智慧驾驶、服务机器人、智能家居、智慧电视、安防监控、3D建模及VR/AR等新兴领域。

随着自动驾驶产业升级和消费电子智能化扩展，GaAs衬底在激光器领域的应用正进入快速放量期。其中，LiDAR激光器面向远距离环境感知，而VCSEL则支撑近距离高精度3D感知，两者形成互补，共同构成GaAs光电应用的重要增量市场。

3）锗衬底：商业航天太阳能电池

锗是稀有金属，基于锗衬底的太阳能电池造价昂贵。尽管如此，基于锗衬底的砷化镓太阳能电池，还是凭借高达约40%的光电转换效率、优异的抗辐照性能以及高输出电压，在空间供电领域展现出不可替代的优势。与传统硅基太阳能电池相比，锗衬底砷化镓电池不仅具备更强的环境适应性，还能显著延长在轨寿命，从而提升航天器整体服役周期和任务可靠性。目前，全球超过95%的空间供电系统采用锗衬底砷化镓太阳能电池，确立了其在航天应用中的绝对主流地位。在可预见的相当长时期内，该技术仍将是空间供电的核心选择。

随着低轨宽带通信、地球观测、深空探测等任务快速增长，全球人造卫星与航天器的年发射量持续攀升，对具备高效率、长寿命特征的太阳能电池提出更高要求。这一趋势，正在为以锗衬底砷化镓为代表的高端航天级太阳能电池打开更为广阔且真实的市场机会

4）热解PBN材料及其他高纯材料：半导体行业配套材料

热解氮化硼（PBN）属于特种陶瓷材料，该无毒、无孔隙、易加工。目前主要应用于原位合成GaAs、InP、GaP单晶的LEC、VGF系列坩埚等领域。据王博士介绍，通美公司自主生产的PBN材料及其他高纯材料产品，不仅从源头保障了半导体衬底的高品质供应，还在化合物半导体、半导体设备、OLED、LED等前沿产业中发挥着不可或缺的作用。

通美晶体热解氮化硼坩埚

小结

在“第二代半导体”迎来新一轮发展机遇的背景下，通美晶体凭借深厚的工艺积淀与领先的技术实力，稳居III-V族化合物半导体衬底材料行业的第一梯队。公司不仅在VGF法单晶生长、大尺寸衬底制备等关键环节实现了技术突破，还率先掌握了8英寸砷化镓、6英寸磷化铟的量产能力，奠定了坚实的竞争壁垒。

与此同时，通美晶体围绕北京，先后在河北保定、辽宁朝阳和天津建立生产基地，总占地近700亩，形成了从原料到衬底、再到装备配套材料的完整体系。这种布局，不仅保障了企业的持续扩产和供应能力，也为国内化合物半导体产业链的自主可控提供了有力支撑。

粉体工业万里行