氧化鎵產(chǎn)業(yè)化更進(jìn)一步，本土初創(chuàng)企業(yè)成果涌現(xiàn)

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

日本在氧化鎵領(lǐng)域的研究起步較早，目前在國際上處于領(lǐng)先地位。不過，由于目前氧化鎵產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)度緩慢，因此主要是一些大學(xué)研究機(jī)構(gòu)以及初創(chuàng)企業(yè)在進(jìn)行研究。而國內(nèi)近兩年來，在氧化鎵領(lǐng)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(dǎo)體就公布了其最新進(jìn)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(jì)南召開的第四屆海峽兩岸氧化鎵及其相關(guān)材料與器件研討會(huì)上，北京鎵和半導(dǎo)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(shí)物產(chǎn)品。

在晶體結(jié)構(gòu)中，用圓括號(hào)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(gòu)體，其中β-Ga2O3（β相氧化鎵）最為穩(wěn)定，也是目前在半導(dǎo)體應(yīng)用中被研究最多，距離商業(yè)化應(yīng)用最近的一種。

而穩(wěn)態(tài)氧化鎵晶體是單斜結(jié)構(gòu)，存在（100）和（001）兩個(gè)解理面（礦物晶體在外力作用下嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶方向破裂，并且能裂出光滑平面的性質(zhì)的平面）。一般來說（001）面由于表面質(zhì)量更高，較易實(shí)現(xiàn)同質(zhì)外延，適合制備功率半導(dǎo)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(qiáng)的，（100）面氧化鎵晶體通過增加厚度，進(jìn)行斜角側(cè)切也能得到（001）面氧化鎵襯底。

鎵和半導(dǎo)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(shí)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(cuò)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(lǐng)域，日企占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，國際上的氧化鎵襯底市場(chǎng)幾乎被Novel Crystal公司壟斷，同時(shí)產(chǎn)業(yè)化方面，由于襯底的優(yōu)勢(shì)，器件方面同樣是日企有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，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(jī)構(gòu)以及初創(chuàng)企業(yè)的努力下涌現(xiàn)出多項(xiàng)新成果。

去年12月，北京銘鎵半導(dǎo)體宣布使用導(dǎo)模法成功制備了高質(zhì)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(shù)突破，并且進(jìn)行了多次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，成為國內(nèi)首個(gè)掌握第四代半導(dǎo)體氧化鎵材料4英寸（001）相單晶襯底生長技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化公司。

今年2月，中國電科46所氧化鎵團(tuán)隊(duì)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(chǎng)設(shè)計(jì)出發(fā)，成功構(gòu)建了適用于6英寸氧化鎵單晶生長的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，突破了6英寸氧化鎵單晶生長技術(shù)，具有良好的結(jié)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(dá)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(xué)電子工程學(xué)院管理的新型半導(dǎo)體器件與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳海峰教授團(tuán)隊(duì)成功在8吋硅片上制備出了高質(zhì)量的氧化鎵外延片，硅上氧化鎵異質(zhì)外延有利于硅電路與氧化鎵電路的直接集成，同時(shí)擁有成本低和散熱好等優(yōu)勢(shì)。

8月，杭州鎵仁半導(dǎo)體宣布，聯(lián)合浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心（簡稱科創(chuàng)中心）先進(jìn)半導(dǎo)體研究院、硅及先進(jìn)半導(dǎo)體材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室使用鑄造法成功制備了高質(zhì)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(shù)突破。

據(jù)介紹，鑄造法是科創(chuàng)中心首席科學(xué)家楊德仁院士團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的、適用于氧化鎵單晶生長的新型熔體法技術(shù)，其生長的氧化鎵晶圓具有兩個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)景的需求。

小結(jié)：

氧化鎵作為下一代半導(dǎo)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(lǐng)先，而產(chǎn)業(yè)化方面日本則一枝獨(dú)秀。但畢竟氧化鎵產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(lǐng)先的水平。