氧化镓产业化更进一步，本土初创企业成果涌现

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）氧化镓被认为是在碳化硅和氮化镓后的下一代半导体材料，而对于氧化镓的重要性，去年8月美国商务部工业和安全局的文件中披露，将对氧化镓和金刚石两种超宽禁带半导体衬底实施出口管制，就足以证明。
 
日本在氧化镓领域的研究起步较早，目前在国际上处于领先地位。不过，由于目前氧化镓产业化的进度缓慢，因此主要是一些大学研究机构以及初创企业在进行研究。而国内近两年来，在氧化镓领域也涌现了不少优秀的初创公司，并且已经取得了一些成果，近期，北京镓和半导体就公布了其最新进展。
 
国内首发4英寸（100）面氧化镓单晶衬底
 
今年10月中旬在山东济南召开的第四届海峡两岸氧化镓及其相关材料与器件研讨会上，北京镓和半导体展示了多款2英寸氧化镓单晶衬底，包括（100）（001）（-201）三种晶面，以及非故意掺杂（UID）和掺锡外延层，并展出4英寸（100）面单晶衬底等实物产品。
 
在晶体结构中，用圆括号表示晶面的密勒指数，一般表示为（hkl）（h、k、l为整数），这是一种用来描述晶面斜率的指数。氧化镓具有多种同分异构体，其中β-Ga2O3（β相氧化镓）最为稳定，也是目前在半导体应用中被研究最多，距离商业化应用最近的一种。
 
而稳态氧化镓晶体是单斜结构，存在（100）和（001）两个解理面（矿物晶体在外力作用下严格沿着一定结晶方向破裂，并且能裂出光滑平面的性质的平面）。一般来说（001）面由于表面质量更高，较易实现同质外延，适合制备功率半导体器件。（100）面的氧化镓衬底目前是最为稳定和解理面最强的，（100）面氧化镓晶体通过增加厚度，进行斜角侧切也能得到（001）面氧化镓衬底。
 
镓和半导体表示，这是在国内首次发布4英寸（100）面氧化镓单晶衬底参数，并实现小批量生产。这次镓和公布的4英寸（100）面锡掺杂氧化镓衬底载流子浓度为2×1018/cm3，错位密度小于103cm2，表面粗糙度小于0.5nm，翘曲度、弯曲度均小于25μm。
 
国内初创企业成果涌现
 
目前，氧化镓单晶衬底领域，日企占据绝对的优势，国际上的氧化镓衬底市场几乎被Novel Crystal公司垄断，同时产业化方面，由于衬底的优势，器件方面同样是日企有先发优势，率先形成完整产业链。
 
不过国内近年来氮化镓产业发展迅速，材料和器件方面发展较快，在高校研究机构以及初创企业的努力下涌现出多项新成果。
 
去年12月，北京铭镓半导体宣布使用导模法成功制备了高质量4英寸（001）主面氧化镓（β-Ga2O3）单晶，完成了4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破，并且进行了多次重复性实验，成为国内首个掌握第四代半导体氧化镓材料4英寸（001）相单晶衬底生长技术的产业化公司。
 
今年2月，中国电科46所氧化镓团队聚焦多晶面、大尺寸、高掺杂、低缺陷等方向，从大尺寸氧化镓热场设计出发，成功构建了适用于6英寸氧化镓单晶生长的热场结构，突破了6英寸氧化镓单晶生长技术，具有良好的结晶性能，可用于6英寸氧化镓单晶衬底片的研制。在随后8月的一次行业论坛上，中电科46所表示已成功制备出我国首颗6英寸氧化镓单晶，达到国际最高水平。值得一提的是，中电科46所在2018年首次在国内制备出4英寸氮化镓单晶。
 
今年3月，由西安邮电大学电子工程学院管理的新型半导体器件与材料重点实验室陈海峰教授团队成功在8吋硅片上制备出了高质量的氧化镓外延片，硅上氧化镓异质外延有利于硅电路与氧化镓电路的直接集成，同时拥有成本低和散热好等优势。
 
8月，杭州镓仁半导体宣布，联合浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）先进半导体研究院、硅及先进半导体材料全国重点实验室使用铸造法成功制备了高质量4英寸氧化镓单晶，并完成了4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破。
 
据介绍，铸造法是科创中心首席科学家杨德仁院士团队自主研发的、适用于氧化镓单晶生长的新型熔体法技术，其生长的氧化镓晶圆具有两个显著优势，一是由于采用了熔体法新路线，显著减少了贵金属铱的使用量，使得氧化镓生长过程不仅更简单可控，而且成本也更低，具有更广阔的产业化前景；二是使用该方法生长出的氧化镓为柱状晶，可满足不同使用场景的需求。
 
小结：
 
氧化镓作为下一代半导体的重要候选者，目前主要以中美日三国的企业以及高校的研究较为领先，而产业化方面日本则一枝独秀。但毕竟氧化镓产业化进展在全球范围内来看，都处于极为早期的阶段，近年来国内的氧化镓产业链企业得到很多资本支持，未来有望能够整体追赶上国际领先的水平。