電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）氧化鎵被認為是在碳化硅和氮化鎵后的下一代半導體材料，而對于氧化鎵的重要性，去年8月美國商務部工業(yè)和安全局的文件中披露，將對氧化鎵和金剛石兩種超寬禁帶半導體襯底實施出口管制，就足以證明。

日本在氧化鎵領域的研究起步較早，目前在國際上處于領先地位。不過，由于目前氧化鎵產(chǎn)業(yè)化的進度緩慢，因此主要是一些大學研究機構以及初創(chuàng)企業(yè)在進行研究。而國內(nèi)近兩年來，在氧化鎵領域也涌現(xiàn)了不少優(yōu)秀的初創(chuàng)公司，并且已經(jīng)取得了一些成果，近期，北京鎵和半導體就公布了其最新進展。

國內(nèi)首發(fā)4英寸（100）面氧化鎵單晶襯底

今年10月中旬在山東濟南召開的第四屆海峽兩岸氧化鎵及其相關材料與器件研討會上，北京鎵和半導體展示了多款2英寸氧化鎵單晶襯底，包括（100）（001）（-201）三種晶面，以及非故意摻雜（UID）和摻錫外延層，并展出4英寸（100）面單晶襯底等實物產(chǎn)品。

在晶體結構中，用圓括號表示晶面的密勒指數(shù)，一般表示為（hkl）（h、k、l為整數(shù)），這是一種用來描述晶面斜率的指數(shù)。氧化鎵具有多種同分異構體，其中β-Ga2O3（β相氧化鎵）最為穩(wěn)定，也是目前在半導體應用中被研究最多，距離商業(yè)化應用最近的一種。

而穩(wěn)態(tài)氧化鎵晶體是單斜結構，存在（100）和（001）兩個解理面（礦物晶體在外力作用下嚴格沿著一定結晶方向破裂，并且能裂出光滑平面的性質的平面）。一般來說（001）面由于表面質量更高，較易實現(xiàn)同質外延，適合制備功率半導體器件。（100）面的氧化鎵襯底目前是最為穩(wěn)定和解理面最強的，（100）面氧化鎵晶體通過增加厚度，進行斜角側切也能得到（001）面氧化鎵襯底。

鎵和半導體表示，這是在國內(nèi)首次發(fā)布4英寸（100）面氧化鎵單晶襯底參數(shù)，并實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。這次鎵和公布的4英寸（100）面錫摻雜氧化鎵襯底載流子濃度為2×1018/cm3，錯位密度小于103cm2，表面粗糙度小于0.5nm，翹曲度、彎曲度均小于25μm。

國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)成果涌現(xiàn)

目前，氧化鎵單晶襯底領域，日企占據(jù)絕對的優(yōu)勢，國際上的氧化鎵襯底市場幾乎被Novel Crystal公司壟斷，同時產(chǎn)業(yè)化方面，由于襯底的優(yōu)勢，器件方面同樣是日企有先發(fā)優(yōu)勢，率先形成完整產(chǎn)業(yè)鏈。

不過國內(nèi)近年來氮化鎵產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，材料和器件方面發(fā)展較快，在高校研究機構以及初創(chuàng)企業(yè)的努力下涌現(xiàn)出多項新成果。

去年12月，北京銘鎵半導體宣布使用導模法成功制備了高質量4英寸（001）主面氧化鎵（β-Ga2O3）單晶，完成了4英寸氧化鎵晶圓襯底技術突破，并且進行了多次重復性實驗，成為國內(nèi)首個掌握第四代半導體氧化鎵材料4英寸（001）相單晶襯底生長技術的產(chǎn)業(yè)化公司。

今年2月，中國電科46所氧化鎵團隊聚焦多晶面、大尺寸、高摻雜、低缺陷等方向，從大尺寸氧化鎵熱場設計出發(fā)，成功構建了適用于6英寸氧化鎵單晶生長的熱場結構，突破了6英寸氧化鎵單晶生長技術，具有良好的結晶性能，可用于6英寸氧化鎵單晶襯底片的研制。在隨后8月的一次行業(yè)論壇上，中電科46所表示已成功制備出我國首顆6英寸氧化鎵單晶，達到國際最高水平。值得一提的是，中電科46所在2018年首次在國內(nèi)制備出4英寸氮化鎵單晶。

今年3月，由西安郵電大學電子工程學院管理的新型半導體器件與材料重點實驗室陳海峰教授團隊成功在8吋硅片上制備出了高質量的氧化鎵外延片，硅上氧化鎵異質外延有利于硅電路與氧化鎵電路的直接集成，同時擁有成本低和散熱好等優(yōu)勢。

8月，杭州鎵仁半導體宣布，聯(lián)合浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心（簡稱科創(chuàng)中心）先進半導體研究院、硅及先進半導體材料全國重點實驗室使用鑄造法成功制備了高質量4英寸氧化鎵單晶，并完成了4英寸氧化鎵晶圓襯底技術突破。

據(jù)介紹，鑄造法是科創(chuàng)中心首席科學家楊德仁院士團隊自主研發(fā)的、適用于氧化鎵單晶生長的新型熔體法技術，其生長的氧化鎵晶圓具有兩個顯著優(yōu)勢，一是由于采用了熔體法新路線，顯著減少了貴金屬銥的使用量，使得氧化鎵生長過程不僅更簡單可控，而且成本也更低，具有更廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景；二是使用該方法生長出的氧化鎵為柱狀晶，可滿足不同使用場景的需求。

小結：

氧化鎵作為下一代半導體的重要候選者，目前主要以中美日三國的企業(yè)以及高校的研究較為領先，而產(chǎn)業(yè)化方面日本則一枝獨秀。但畢竟氧化鎵產(chǎn)業(yè)化進展在全球范圍內(nèi)來看，都處于極為早期的階段，近年來國內(nèi)的氧化鎵產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)得到很多資本支持，未來有望能夠整體追趕上國際領先的水平。