据天津日报消息，天津理工大学功能晶体研究院在磷化铟（InP）单晶制备方面取得技术突破，并已经开启了实验室成果产业化落地阶段。

磷化铟是高速光通信领域的重要半导体材料，广泛应用于高速激光器、光电探测器、光模块等器件，是800G、1.6T乃至未来更高速率光互连的重要材料基础。随着AI大模型训练带动数据中心算力持续增长，高速光模块需求快速提升，磷化铟材料市场也迎来新的发展机遇。

磷化铟单晶新型VB法制备技术

据了解，天津理工大学此次突破的磷化铟单晶制备技术为新型VB法。

VB法的全称是垂直布里奇曼法，也称坩埚下降法，日本住友电气称为垂直舟法。

该方法是一种通过移动坩埚或加热炉实现晶体生长的技术，其生长装置主要由石英坩埚、加热炉和移动装置组成。在VB法中，晶体生长通过利用温度梯度使熔体从一端向另一端逐渐凝固来实现。

VB技术示意图

具体生长过程包括以下几个步骤：首先，将高纯度的铟和磷原料放入石英坩埚中，加热至磷化铟的熔点以上；接着，在坩埚底部放置籽晶，通过移动坩埚或加热炉，使熔体从底部向上逐渐凝固；最后，通过控制温度梯度和冷却速率，实现单晶的稳定生长。

该技术的优点是设备较简单，可采用较小的温度梯度，便于进行挥发性组元(如As，P等)的蒸气压控制，晶体表面不离解，所生长晶体位错密度较低。且在生长过程中操作人员劳动强度小，可同时对多台生长系统进行控制。

但同时这项技术也有明显的缺点：对生长过程不便实时观察，要经多次试验才能得到稳定的生长条件，否则，工艺重复性较差，成品率低。此外，晶体纯度在很大程度上依赖坩埚的材质，虽然后来用pBN坩埚取代了石英坩埚，晶体纯度得到了一定的改善，但是晶体表面存在坑洼等现象一直没有得到有效的解决，这些因素使得VGF/VB技术的成晶率比较低，在一定程度上反而增加了成本。

对此，天津理工大学功能晶体研究院的研究人员对此方法进行了升级优化。

“光靠眼睛看不行，炉子里边温度高、完全封闭，就是一个看不见的‘黑匣子’。”天津理工大学功能晶体研究院副院长徐永宽说，他们给这个“黑匣子”装上了“透视眼”——通过计算机仿真复现晶体生长全过程，让物理机制变得“清晰可见”；构建“虚拟实验室”，将不可控的缺陷变得“精准可控”。

天津理工大学功能晶体研究院副院长徐永宽介绍晶体实验设备，摄影｜张立

据徐院长介绍，他们团队开发出的这种全新的晶体生长方法，可以使磷化铟的成品率从当前行业的10%提高到50%以上。

开启产业化

据了解，天津理工大学功能晶体研究院已经与滨海高新区签署共建“功能晶体材料成果产业化基地”的战略协议，正式开启了实验室成果产业化落地阶段。

当前，该基地已明确两个重点产业化方向：

6英寸磷化铟单晶项目：面向AI算力基础设施中高速光模块的核心材料需求，正与行业龙头企业开展技术对接。

12英寸碳化硅单晶项目：专用于AR眼镜光波导及AI芯片散热封装，计划于2026年内实现小批量供货。

目前，项目运营主体——天津宽晶半导体科技有限公司已完成工商注册，公司由天津理工大学功能晶体研究院孵化设立，承担科研成果转化和产业化运营任务。

小结

在AI算力竞赛时代，磷化铟已经跳出了小众材料的范畴，成为了高速光互连的战略基石。受需求激增、技术壁垒高、扩产周期长等各方面因素影响，目前全球磷化铟陷入极度短缺局面。

若此次天津理工大学相关技术最终实现稳定量产，不仅有望提升磷化铟单晶的生产效率与良率，降低大尺寸磷化铟材料的产业化门槛，更为国内高速光通信产业提供更加稳定的上游材料支撑。

参考来源：天津日报、粉体网

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