近日，住友电气工业株式会社一项名为“磷化铟衬底以及磷化铟晶体的制造方法”的发明专利申请公开（公开号：CN122680381A，公开日2026‑09‑01），该专利聚焦大尺寸磷化铟衬底位错控制与立式晶舟法晶体生长工艺优化，旨在产出低缺陷、性能均匀的磷化铟衬底产品，进一步夯实住友电工在高端磷化铟材料赛道的技术壁垒。

两大核心技术：衬底设计+晶体生长

该专利分为两大核心模块：磷化铟衬底产品指标设计，以及立式晶舟法晶体生长工艺改良，重点解决大尺寸晶圆全域位错不均、晶体生长温度场失衡的行业痛点。

在衬底性能指标层面，专利目标产品衬底直径区间为149mm-205mm（约6-8英寸级别），衬底主面平均位错密度控制在0-50/cm2以内，远低于行业常规产品水平。专利采用网格化检测方案，将衬底中央区域划分为边长1mm的第一正方区域；取包围9个第一正方区域、边长3mm的正方形检测窗口，每次平移1mm采样得到大量第二正方检测区域；要求位错密度为0/cm2的检测区域占全部采样区域比例达到30%以上，以此保障晶圆表面大面积无位错区域，保障后续外延加工后光芯片器件良率。同时专利对连续无位错区域长度、中心载流子浓度做出约束，载流子浓度可实现5.0×1018/cm3以下或1.0×1019/cm3以上两种规格，适配半绝缘、导电型两类不同应用场景的磷化铟衬底需求。

晶体生长工艺是本次专利最大创新点，专利采用“立式晶舟法”进行磷化铟单晶生长。传统立式晶舟法容易出现坩埚四周加热厚度不均，温度场径向失衡，造成晶体内部应力累积，诱发位错增殖，大尺寸晶体该问题尤为突出。本专利对坩埚外围加热部厚度分布进行定向优化：将垂直坩埚中心轴的四个方位定义为0°、90°、180°、270°；在固液界面高度位置，0°方向设置加热部径向最薄位置，180°方向加热部厚度薄于90°、270°方向；加热部最大厚度与最小厚度比值控制在1.05‑1.5之间。通过精准调控四周加热厚度差，修正径向温度梯度，减少晶体凝固过程的热应力，从源头抑制位错生成。专利还提出优选方案，0°与180°加热厚度相等，90°与270°加热厚度相等，实现温度场对称分布，进一步提升晶体全域均匀性。

整套工艺流程为：在坩埚内部放置籽晶与磷化铟原料；加热熔化籽晶局部与原料形成熔融液；熔融液逐步凝固，从籽晶部位开始向上生长磷化铟单晶。依靠加热部厚度的差异化设计，平衡径向热分布，降低晶体内部应力，最终制备出满足上述低位错指标的大尺寸磷化铟晶锭，后续经过切割、研磨、抛光得到成品衬底。

磷化铟是啥？

磷化铟是III-V族核心化合物半导体材料，凭借高电子迁移率、直接带隙、优秀光电特性，是高速光通信激光器、探测器芯片的核心衬底，同时广泛应用于毫米波射频器件领域。伴随AI算力建设浪潮，高速光模块出货量暴涨，拉动磷化铟衬底需求快速增长。据行业数据，2026年全球磷化铟衬底需求可达260-300万片，但全球有效产能仅75万片左右，供需缺口巨大，大尺寸低位错产品更是供不应求。

磷化铟衬底制造具备极高技术壁垒，主要集中在三大环节：

第一，单晶生长难度大：磷化铟熔点1062℃，磷元素高温下极易挥发，晶体脆性大，生长过程极易产生热应力，诱发位错、孪晶等缺陷；晶圆尺寸越大，温度场均匀性控制难度指数级上升，位错缺陷抑制难度陡增。第二，良率爬坡周期漫长，一条全新产线从样品到稳定商用，良率爬坡周期普遍18-36个月，资本投入巨大。第三，下游认证壁垒严苛，光芯片厂商对衬底批次一致性、缺陷密度要求极高，新供应商导入认证周期很长。当前全球高端6英寸通信级磷化铟衬底供给高度集中于住友电工与AXT等国外头部厂商。

住友电工——行业老大

住友电气工业株式会社是全球磷化铟衬底龙头企业，深耕化合物半导体材料数十年，旗下住电半导体材料株式会社负责磷化铟衬底业务，在全球高端磷化铟衬底市场市占率达到42%-50%，长期占据行业第一位置，是少数可稳定量产商用6英寸通信级磷化铟衬底的厂商，产品覆盖2-6英寸全规格，供应全球头部光芯片、光模块企业。

工艺积淀层面，住友电工早期以液封直拉法（LEC）为核心工艺，后续持续布局VGF、立式晶舟法多条技术路线，持续迭代降低衬底位错密度，高端通信级衬底良率可达70-80%，产品性能属于行业标杆水平。产业布局上，面对AI带来的需求爆发，住友电工已经启动大额扩产计划，加码磷化铟基板产能，应对市场激增订单；同时持续密集输出专利，覆盖单晶生长、衬底加工、缺陷检测等全链条，本次公开的CN122680381A专利，就是针对下一代更大尺寸磷化铟衬底的技术储备，聚焦解决大尺寸下的位错控制难题，巩固自身技术护城河。

从产业竞争角度看，这篇专利也反映出行业发展趋势：磷化铟衬底正在向更大尺寸、更低位错密度演进，尺寸升级可以单片产出更多芯片，摊薄单颗器件成本；而低位错是保障高速光芯片良率的基础。住友电工通过持续工艺迭代，试图抢占下一代大尺寸磷化铟衬底技术制高点。对于国内产业链而言，该专利的技术思路，也为国内厂商开展大尺寸磷化铟单晶研发提供重要参考。

参考来源：国家知识产权局、36氪、科创板日报

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