Перспективы рынка InP-пластин определяются фотоникой

Перспективы рынка InP-пластин определяются фотоникой

Выпуск 5(6679) от 07 марта 2019 г.
РУБРИКА: ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Производство перспективных полупроводниковых приборов для применения в фотонике и радиочастотных системах требует использования эпитаксиальных и InP-пластин. Такие подложки обеспечивают переход технологий приемопередатчиков к более высоким скоростям передачи данных. Предполагается, что среднегодовые темпы прироста рынка InP-пластин в сложных процентах (CAGR) за период 2018–2024 гг. достигнут 14%.

Фотоника (телекоммуникации, лидары, датчики и пр.) сейчас представляет собой движущий фактор развития рынка пластин из фосфида индия.


СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ КАК ДВИЖУЩИЙ ФАКТОР РАЗВИТИЯ РЫНКА INP-ПЛАСТИН

InP – ​старый, но по-прежнему почетный член семейства сложных полупровод-ников. Основное преимущество этого материала – ​способность излучать и принимать на длинах волн более 1000 нм, что делает его весьма пригодным для фотоники. Также InP обеспечивает высокое быстродействие и малые помехи в высокочастотной области радиотехники. Несмотря на конкуренцию со стороны GaAs и SiGe, широко используемых в массовом производстве недорогих применений, InP остается главным выбором для нишевых рынков, ориентирующихся на высокую производительность, таких как средства связи военного назначения, радары и радиометрия, а также оборудование автоматического тестирования. Кроме того, различные промышленные фирмы (например, Skyworks, GCS и IntelliEPI) следят за развитием InP-технологии, рассчитывая использовать ее для развертывания сетей 5G.

В настоящее время реальный импульс развитию рынка InP-пластин дают применения в сфере фотоники. В области оптических средств связи InP предлагает высокие эксплуатационные данные по многим параметрам, включая излучение, фотодетектирование, модуляцию и микширование, но это часто проблематично для других полупроводниковых платформ из-за высокой стоимости материала. При этом InP по-прежнему остается основой для лазерных диодов в приемопередатчиках, используемых производителями телекоммуникационного оборудования и средств передачи данных.

Специфическая особенность рынка коммуникаций – ​цикличность его развития, связанная с периодическим переходом к новым технологиям связи (сейчас речь идет о грядущем развертывании сетей 5G). Соответственно, можно выделить периоды массовой реализации инвестиционных планов и периоды приостановки таких проектов. Как ожидается, рынок InP-пластин для телекоммуникационного оборудования в 2024 г. достигнет примерно 53 млн долл. (рис. 1). Высокую активность проявляют китайские фирмы (в частности, China Telecom). Кроме того, в рынок средств передачи данных намерены вложить значительные средства такие Интернет-гиганты, как Google, Amazon, Alibaba и прочие.



Источник: Yole Développement

Рисунок 1. Прогноз рынка InP-пластин по основным применениям


Развитие глобальной экономики сопряжено с передачей все бЧльших объемов данных с бЧльшими же скоростями. В связи с этим технологии приемопередачи переходят к стандартам (100GbE и 400GbE), соответствующим этим требованиям, – ​использование InP для них наиболее предпочтительно. Рынок пластин для средств передачи данных обещает продемонстрировать взрыво-образные темпы роста – ​CAGR за период 2017–2024 гг. составит 28%. И последнее, но не менее важное: захватывающие возможности лидаров могут оказаться перспективными для InP-технологии. Повышение рабочей длины волны лидаров, обеспечиваемое InP-технологией (до 1,5 мкм), может сделать их практически безопасными для глаз человека (водителя, летчика и т. п.) – ​стекловидное тело человеческого глаза почти полностью состоит из воды, поэтому оказывается почти непрозрачным для лидара (вода поглощает электромагнитное излучение). Однако НИОКР в этой области находятся пока на ранних этапах реализации.


РЫНОК INP-ТЕХНОЛОГИИ СИЛЬНО ФРАГМЕНТИРОВАН

В InP-индустрии работает большое количество фирм, использующих различные бизнес-модели. При этом от уровня производства пластин до уровня производства приборов на основе InP степень концентрации рынка заметно различается. На уровне производства приборов, по данным Yole DОveloppement (г. Лион, Франция), насчитывается более 30 специализированных на InP-технологии кремниевых заводов и IDM, большинство из них в настоящее время сосредоточены на фотонных ИС. Такие производства расположены по всему миру – ​от стран Азиатско-Тихоокеанского региона до Европы и США, в основном это IDM, производящие собственную продукцию. Они обладают собственными производственными мощностями по изготовлению эпитаксиальных пластин или подразделениями НИОКР, а также аутсорсинговыми подразделениями для производства эпитаксиальных пластин. Также существуют использующие InP-технологию производства, покупающие необходимые им эпитаксиальные пластины на открытом рынке. По оценкам отраслевых специалистов, нет признаков того, что доля аутсорсинговых фирм на данном рынке будет быстро увеличиваться.

В отличие от сектора производителей приборов, сектор открытого рынка эпитаксиальных пластин высоко монополизирован. Лидер здесь – ​компания Landmark, ориентирующаяся на фотонные применения. Другой ведущий игрок – ​компания IQE, которая, помимо фотоники, уделяет серьезное внимание радиочастотным применениям. При рассмотрении рынка InP-пластин оказывается, что он отражает ситуацию на рынке эпитаксиальных пластин с точки зрения концентрации. Более 80% продаж на рынке контролируют Sumitomo Electric Industries (SEI) и AXT, третье место занимает JX Nippon Group. Другие поставщики либо представляют собой опытно-производственные линии, поставляющие малые партии пластин, либо занимаются проведением НИОКР.

На рис. 2 представлен ландшафт рынка InP-технологии, охватывающий производителей InP-пластин и эпитаксиальных пластин, кремниевые заводы и IDM.



Источник: Yole Développement

Рисунок 2. Обзор цепочки поставок на рынке InP-пластин и приборов


КРЕМНИЕВАЯ ФОТОНИКА И БУДУЩЕЕ INP ФОТОННЫХ ИС

Концепция фотонных ИС не нова. Впервые она была представлена в 1969 г., и с тех пор ее изучали и разрабатывали на основе различных платформ, включая InP, кремниевую фотонику и фотонику на основе полимеров. Фотонные ИС на основе InP широко изучены: InP обеспечивает излучение на длинах волн >1000 нм, что соответствует нескольким диапазонам волнового пропускания, а также необходимо для ряда других применений. По мнению отраслевых специалистов, существуют вопросы, касающиеся определения монолитных InP фотонных ИС. К примеру, лазер с модуляцией на основе электропоглощения (Electro-absorption Modulated Laser, EML) представляет собой монолитный прибор. На самом деле все зависит от уровня интеграции. Полностью интегрированные приборы на основе InP по-прежнему мало доступны на рынке, несмотря на то что уже имеются различные строительные блоки – ​пассивные компоненты, компоненты поляризации, фазовые модуляторы, лазеры, демодуляторы и т. п.

В последние годы InP фотонные ИС столкнулись с сильной конкуренцией со стороны кремниевой фотоники, в которую уже осуществили значительные инвестиции такие крупные корпорации, как Intel. Действительно, при сравнении кремниевой фотоники и InP фотонных ИС трудно отрицать ценовое преимущество первой для крупносерийного производства, рассчитанного на различные применения. Это обусловлено тем, что для кремниевой фотоники можно использовать высококачественные пластины большого диаметра (что и обеспечивает снижение удельной стоимости приборов). Однако, хотя InP-технология сталкивалась (и будет сталкиваться) с жесткой конкуренцией со стороны других материалов, рассматриваемых для фотонных применений, свойственная InP запрещенная зона с прямыми переходами делает этот материал уникальным выбором для ряда применений, в частности лазерных диодов (инжекционных лазеров). Таким образом, InP-лазеры будут существовать еще достаточно долго, по крайней мере для активных оптоэлектронных приборов. Более того, применение InP фотонных ИС имеет смысл на малых рынках, где решающее значение имеет не цена, а эксплуатационные характеристики. К таким применениям можно отнести медицинское оборудование, высококачественные лидары, датчики контроля, распознавания и восприятия, а также оптическую связь (рис. 3). Игроки в этих сегментах, похоже, извлекут выгоды для своего развития из существующей цепочки поставок производителей телекоммуникационного оборудования и средств передачи данных.



Источник: Yole Développement

Рисунок 3. Перспективные области применения InP фотонных ИС 


InP Wafer and Epiwafer Market – ​Photonic and RF Applications. January 2019: https://www.i-micronews.com/report/product/inp-wafer-and-epiwafer-market-photonic-and-rf-applications.html


МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА

Наталья Истомина

Замена традиционных соединительных и логических элементов в кремниевых ИС на оптические волноводы и транзисторы, способные работать на терагерцевых частотах, дает несколько преимуществ – ​это высокие скорости обработки и передачи данных, помехозащищенность от внешних радиопомех. Отдельные элементы на основе InP – ​транзисторы с максимальной частотой более 1 ТГц, полупроводниковые модуляторы, длинноволновые VCSEL-лазеры – ​демонстрируют свои способности в перспективных для телекоммуникационных систем во втором (диапазоны О, S длин волны в области 1,3 мкм) и третьем (диапазоны С, L длин волны в области 1,55 мкм) окнах прозрачности. Однако эти же элементы имеют недостатки (низкую степень интеграции InP-транзисторов в схемах по сравнению с кремниевыми ИС, высокий уровень потерь сигнала, флуктуации длины волны).

Технологии использования сложных полупроводников для создания интегральной электроники СВЧ-диапазона первоначально развивались за счет программ MIMIC, WBGS-RF, COSMOS, обеспечиваемых военным агентством DARPA (США). В их рамках разрабатывалась технология гетерогенной интеграции, совмещающая субмикронную технологию кремниевых ИС и быстродействующих InP-транзисторов. Затем программа SMART-LEES объединила разработчиков для решения аналогичных коммерческих задач. Фирма Opticomp Corporation разработала новый интегральный оптический элемент, объединяющий матрицу VCSEL-лазеров и фотодетекторы, соединенные волноводом, TeraXion трансформировала сложные технологии в высокотехнологичные продукты (модуляторы и приемники на основе InP), компания Lenslet разработала гибридный процессор компании.

Действительно, рынок InP-пластин фрагментарен, и применение InP фотонных ИС имеет смысл на малых рынках, где решающее значение имеют эксплуатационные характеристики, а не цена.


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ