定義
鍺磊晶（Germanium epitaxy）是在單晶基板（多為 Si 或 SiGe）表面，以氣態前驅物化學氣相沉積出單晶鍺（Ge）或矽鍺（Si₁₋ₓGeₓ）薄膜的製程。鍺的載子遷移率高於矽、能隙較窄（可吸收光通訊紅外波段），是矽光子光偵測器、SiGe 應變工程、以及先進邏輯 GAA／CFET 通道與犧牲層的關鍵材料。
名詞釐清：GeH2 不是鋼瓶氣體
使用者常提的「GeH2」並非可直接鋼瓶供應的穩定前驅氣體，實務上有兩個對應對象： - GeH₂（germylene，次鍺烷）：是 GeH₄ 熱解過程的高活性中間體，在基板表面脫氫後快速吸附於懸鍵、併入晶格，並非氣瓶來源。 - GeH₂Cl₂（dichlorogermane，二氯鍺烷）：含氯的穩定前驅物，用於選擇性磊晶（SEG），其釋出的 Cl 可原位蝕刻掉沉積在介電層上的非晶鍺，讓鍺只長在裸露矽面。
真正的鋼瓶前驅物是 GeH₄（鍺烷 germane） 與 Ge₂H₆（乙鍺烷 digermane）。本頁以此為主。
技術原理
鍺磊晶以 CVD／減壓磊晶（RPCVD）、MOVPE 或化學束磊晶（CBE）進行，核心反應為鍺烷在加熱基板表面的熱分解：
$$\text{GeH}_4(\text{g}) \xrightarrow{\ \sim327^\circ\text{C}\ } \text{Ge}(\text{s}) + 2\text{H}_2(\text{g})$$
- 前驅物選擇：GeH₄ 熱解溫度低（約 600 K／327°C 起分解），比矽源氣體更適合低溫反應；欲進一步降溫並維持生長速率，會改用鍵能更弱、熱穩定性更低的 Ge₂H₆（乙鍺烷）。近年也發展 organogermanium 液態前驅物（如 isobutylgermane、alkylgermanium trichlorides、dimethylaminogermanium trichloride）作為毒性較低的替代來源。
- SiGe 合金：控制 GeH₄ 與矽源（SiH₄、SiH₂Cl₂）流量比，長出晶格常數較大的 Si₁₋ₓGeₓ，用於應變工程。
- 選擇性磊晶：以含氯前驅物（如 GeH₂Cl₂）在磊晶同時原位蝕刻介電層上的非晶沉積，達成僅在矽面成長。
主要應用
| 應用 | 材料／結構 | 技術重點 |
|---|---|---|
| 矽基鍺光偵測器（Ge-on-Si PD） | Ge 吸收層長在 Si 上 | Ge 能隙 ~0.66–0.8 eV 可吸收 1.3–1.6 µm 紅外光（矽在此波段近乎透明），為矽光子接收端核心；須以漸變 SiGe 緩衝層或高深寬比陷阱（ART）壓制 Ge／Si ~4.2% 晶格失配造成的暗電流 |
| SiGe 應變工程 / HBT | S/D 嵌入 SiGe、SiGe 基極 | PMOS 源汲極嵌 SiGe 施加壓應力提升電洞遷移率；HBT 於基極引入 SiGe 降能隙、提升高頻切換速度 |
| GAA / CFET 通道與犧牲層 | Si/SiGe 超晶格疊層 | 先磊晶 Si／SiGe 交替疊層，後段選擇性蝕刻去 SiGe「釋放」矽奈米片作通道；CFET 亦可能用高濃度 SiGe／純 Ge 作高遷移率通道 |
| 低溫磊晶（LTE, <500°C） | Ge₂H₆ 為主 | 元件微縮後高溫會使摻雜過度擴散、應變層鬆弛，先進製程須低溫磊晶 |
關鍵參數 / 判斷指標
| 指標 | 意義 | 觀察重點 |
|---|---|---|
| 前驅物純度 | 微量雜質影響薄膜品質與良率 | 半導體級鍺烷純度多要求 99.997%↑ |
| 晶格失配 / 缺陷密度 | Ge／Si 失配 ~4.2%，缺陷造成暗電流 | 漸變 buffer、ART 陷阱、差排密度 |
| 選擇性 | 決定是否僅長在指定區域 | 含氯前驅物原位蝕刻能力 |
| 低溫生長速率 | 低溫與速率難兩全 | Ge₂H₆／organogermanium 前驅物採用度 |
技術瓶頸 / 風險
- 晶格失配與缺陷：Ge-on-Si 的 ~4.2% 失配是暗電流與良率的根本挑戰，須靠 buffer／ART 等結構工程處理。
- 氣體劇毒且自燃：鍺烷為高度易燃、可自燃、劇毒氣體（美國 DOT 危害分類 2.3 Poison Gas；ACGIH 8 小時 TWA 職業暴露限值 0.2 ppm；大鼠 1 小時 LC50 622 ppm），對供氣安全與在地供應能力要求高。
- 前驅物寡占：半導體級鍺烷／乙鍺烷由少數國際特氣巨頭掌握（見下），供應與地緣風險集中。
關鍵廠商
信心標註
化學／製程原理為教科書級事實（已交叉查證）。以下公司業務進度多引自媒體與 grounded 搜尋，屬 channel/新聞層級，標「待核對」；正式數字以財報／法說為準。
台股供應鏈
| 環節 | 公司 | 關聯 |
|---|---|---|
| 鍺矽磊晶核心 | 3016_嘉晶（市） | 開發矽光子接收端 Ge/Si 鍺矽磊晶製程；媒體報導已過一線客戶驗證、2026 初小量量產並擴產（待核對）。屬漢民集團 |
| 磊晶／代工母公司 | 3707_漢磊（櫃） | 嘉晶母公司，主攻 SiC／GaN 晶圓代工，與子公司磊晶材料整合 |
| III-V 發射端 + Ge 基板 | 2455_全新（市） | 化合物磊晶龍頭，供矽光子發射端 InP／GaAs 雷射源材料；另具化合物磊晶長於 Ge 基板（太空多接面太陽能）技術 |
| 矽晶圓 / SOI 平台 | 6488_環球晶圓（市） | 矽光子平台基礎基板、RF-SOI／矽光子材料客戶驗證（待核對） |
| SOI 基板 | 6182_合晶（櫃） | SOI 晶圓為矽光子元件關鍵底層；子公司布局 GaN 等化合物磊晶 |
| 標準矽晶圓 | 3532_台勝科（市） | 台塑與 Sumco 合資，供標準矽晶圓作後續鍺／矽鍺磊晶載體 |
| 矽烷系特氣 | 4772_台特化（櫃） | 中美晶集團，供高純度 disilane／trisilane 等薄膜與磊晶用特氣（非直接產鍺烷，為 SiGe 磊晶關鍵矽源） |
| 精製特氣 | 4768_晶呈科技（櫃） | 本土精密特氣，具高純度精餾能力，薄膜沉積／特氣在地替代 |
| 矽光子元件設計 | Sifotonics（未） | IDM-Lite，自有 Ge/Si 磊晶與光電元件（PD/APD/調變器）專利，與台積、聯電合作整合進 CMOS |
未建頁廠商
聯華林德（聯華 1229）：台灣半導體氣體市佔龍頭，少數能穩定供應鍺烷（GeH₄）與矽甲烷（SiH₄）等高危險高純度磊晶用氣者。 Artilux 光程研創：GeSi 技術 IC 設計，與台積電合作導入 12 吋 CMOS、實現室溫 SWIR 光偵測與 3D ToF，並與 6789_采鈺（市） 合作微型光學。
國際特氣（半導體級鍺烷 / 前驅物）
| 廠商 | 備註 |
|---|---|
| Air Liquide | 旗下 Voltaix 為半導體級鍺烷／乙鍺烷等矽/鍺前驅物關鍵生產商 |
| Linde（聯華林德） | 全球最大工業/電子氣體商，台灣以聯華林德供應鍺烷與混合氣 |
| Merck / Versum | 併 Versum 後為沉積前驅物與電子級鍺烷巨頭 |
| Air Products | 電子級鍺烷產品與供氣系統 |
| Resonac（原昭和電工） | 高純度製程與沉積前驅氣體 |
供應鏈
graph LR
Gas["特氣<br/>GeH4/Ge2H6/SiH4系<br/>聯華林德·台特化·晶呈"] --> Epi
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Laser --> Chip
相關技術
- 技術_SiPh：矽光子接收端 Ge-on-Si PD 是鍺磊晶最大應用
- 技術_電子特用氣體：鍺烷（GeH₄）為沉積用特氣之一
- 技術_CFET：SiGe 犧牲層／高遷移率通道用到鍺磊晶
- 技術_InP磷化銦：矽光子發射端 III-V 材料，與鍺接收端互補
來源
- Wikipedia — Germane（GeH₄ 熱解 ~600 K、MOVPE/CBE 磊晶、毒性/DOT 2.3/TLV 0.2 ppm、organogermanium 替代前驅物、Voltaix 生產商）
- agy grounded search（2026-07）— 鍺磊晶技術原理、四大應用、Ge/Si 失配與 ART、台股供應鏈個股關聯（富果、工商時報、鉅亨、財訊、今周刊等媒體）
- 公司業務進度（嘉晶量產、環球晶客戶驗證等）為媒體/channel 層級，待財報核對