電子發燒友網綜合報道 最近氧化鎵領域又有了新的進展。今年1月，鎵仁半導體宣布基于自主研發的氧化鎵專用晶體生長設備進行工藝優化，采用垂直布里奇曼（VB）法成功實現4英寸氧化鎵單晶的導電型摻雜。本次生長4英寸導電型氧化鎵單晶仍沿用了細籽晶誘導+錐面放肩技術，籽晶與晶體軸向平行于[010]晶向，可加工4英寸（010）面襯底，適合SBD等高功率器件應用。
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在以碳化硅和氮化鎵為主的第三代半導體之后，氧化鎵被視為是下一代半導體的最佳材料之一。氧化鎵具有多種同分異構體，其中β-Ga2O3（β相氧化鎵）最為穩定，也是目前在半導體應用中被研究最多，距離商業化應用最近的一種。
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氧化鎵本身的材料特性極為優異。我們都知道第三代半導體也被稱為寬禁帶半導體，而第四代半導體的一個重要特性就是“超寬禁帶”，禁帶寬度在4eV以上（金剛石5.5eV，β-Ga2O3禁帶寬度4.2-4.9eV），相比之下，第三代半導體中碳化硅禁帶寬度僅為3.2eV，氮化鎵也只有3.4eV。
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更寬的禁帶，帶來的優勢是擊穿電場強度更大，反映到器件上就是耐壓值更高，同樣以主流的β結構Ga2O3材料為例，其擊穿電場強度約為8MV/cm，是硅的20倍以上，相比碳化硅和氮化鎵也高出一倍以上。
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在應用層面上，氧化鎵主要被應用于光電以及高功率器件的領域。
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2022年美國商務部工業和安全局的文件中披露，美國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，也足以證明第四代半導體的重要性。
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作為超寬禁帶半導體（禁帶寬度約4.8-4.9 eV），氧化鎵其高擊穿場強和熱穩定性適合高壓、高溫應用，但本征缺陷常使其呈弱n型導電。通過摻入雜質改變半導體的導電類型（n型或p型）及載流子濃度。n型摻雜引入自由電子，p型摻雜引入空穴。
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所以氧化鎵單晶的導電型摻雜是解鎖其在功率電子、深紫外光電器件等領域潛力的核心步驟。
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與此同時，鎵仁半導體在這次實現4英寸氧化鎵單晶的導電型摻雜中采用了VB法，并使用自研的VB法長晶設備。去年9月，鎵仁半導體推出了首臺自研氧化鎵專用晶體生長設備，不僅能夠滿足氧化鎵生長對高溫和高氧環境的需求，而且能夠進行全自動化晶體生長，減少了人工干預，顯著提高了生產效率和晶體質量。
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據介紹，目前鎵仁半導體VB法氧化鎵長晶設備及工藝包已全面開放銷售。
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最近，國內氧化鎵產業在大尺寸單晶襯底制備方面有不少新進展，杭州富加鎵業通過自主研發的垂直布里奇曼（VB）法，成功實現4英寸導電型摻雜氧化鎵單晶的穩定生長，并進一步開發了6英寸單晶襯底，厚度達12mm，可切割更多晶片，顯著降低成本；銘鎵半導體也宣布全球首創4英寸氧化鎵晶坯技術，推動材料規模化生產。
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氧化鎵憑借其超寬禁帶、低成本和耐高壓特性，正從實驗室邁向產業化。盡管面臨熱管理、產業鏈整合等挑戰，隨著技術突破和政策支持，其有望在功率電子和光電領域掀起新一輪半導體革命。
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