第四代半導體氧化鎵蓄勢待發(fā)！

新能源汽車(chē)大勢之下，以碳化硅為代表的第三代半導體發(fā)展風(fēng)生水起。與此同時(shí)，第四代半導體也在蓄勢待發(fā)，其中，氧化鎵（Ga2O3）基于其性能與成本優(yōu)勢，有望成為繼碳化硅之后最具潛力的半導體材料。

鴻海入局氧化鎵

近期媒體報道，鴻海研究院半導體所與陽(yáng)明交大電子所合作，雙方研究團隊在第四代半導體的關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破，提高了氧化鎵在高壓、高溫應用領(lǐng)域的高壓耐受性能。

本次研究利用磷離子布植和快速熱退火技術(shù)實(shí)現了第四代半導體P型氧化鎵的制造，并在其上重新生長(cháng)N型和 N+型Ga2O3，形成了PN Ga2O3 二極體，結果展示出優(yōu)異的電性表現，這一突破性技術(shù)除了能大幅提升元件的穩定性和可靠性，并顯著(zhù)降低電阻。

論文詳細闡述了這種新型Ga2O3 PN二極體的制作過(guò)程和性能特征。實(shí)驗結果顯示，該元件具有4.2 V的開(kāi)啟電壓和900 V的擊穿電壓，展現出元件優(yōu)異的高壓耐受性能。

資料顯示，氧化鎵作為第四代半導體材料代表，具備禁帶寬度大、臨界擊穿場(chǎng)強高、導通特性好（幾乎是碳化硅的10倍）、材料生長(cháng)成本低等優(yōu)勢，這些特性使得氧化鎵特別適用于電動(dòng)汽車(chē)、電網(wǎng)系統、航空航天等高功率應用場(chǎng)景。

鴻海認為，氧化鎵將有望成為具有競爭力的電力電子元件，能直接與碳化硅競爭。展望未來(lái)，鴻海研究院表示，隨著(zhù)氧化鎵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，可以期待其在更多高壓、高溫和高頻領(lǐng)域中有更廣泛應用。

氧化鎵技術(shù)不斷突破

資料顯示，當前日本、美國與中國對氧化鎵領(lǐng)域的研究較為積極。

日本相關(guān)廠(chǎng)商已經(jīng)實(shí)現了4英寸與6英寸氧化鎵的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，2023年底，日本NCT（novel crystal technology）公司宣布全球首次采用垂直布里奇曼（VB）法成功制備出6英寸β型氧化鎵單晶。

美國Kyma科技公司在氧化鎵基片、外延晶片和器件的生產(chǎn)上具有優(yōu)勢，并且與美國國防部達成緊密的合作關(guān)系。

我國同樣也在加速布局氧化鎵，并取得了一系列重要研究成果。
去年2月，中國電科46所成功制備出6英寸氧化鎵單晶，技術(shù)達到了國際一線(xiàn)水平。
去年10月，北京銘鎵半導體有限公司實(shí)現了4英寸氧化鎵晶圓襯底技術(shù)突破，推出多規格氧化鎵單晶襯底并首發(fā)4英寸(100)面單晶襯底參數。

今年3月，鎵仁半導體聯(lián)合浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng )中心先進(jìn)半導體研究院、硅及先進(jìn)半導體材料全國重點(diǎn)實(shí)驗室，采用自主開(kāi)創(chuàng )的鑄造法于今年2月成功制備了高質(zhì)量6英寸非故意摻雜及導電型氧化鎵(β-Ga2O3)單晶，并加工獲得了6英寸氧化鎵襯底片。同年7月，鎵仁半導體制備出了3英寸晶圓級（010）氧化鎵單晶襯底。

今年4月，媒體報道廈門(mén)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊偉鋒教授團隊在第四代半導體氧化鎵（β-Ga2O3）外延生長(cháng)技術(shù)和日盲光電探測器制備方面取得重要進(jìn)展。

在β-Ga2O3薄膜生長(cháng)方面，研究團隊利用分子束外延技術(shù)（MBE）實(shí)現了高質(zhì)量、低缺陷密度的外延薄膜生長(cháng)，并通過(guò)改變反應物前驅體和精密控制生長(cháng)參數，成功實(shí)現了β-Ga2O3外延薄膜的均勻生長(cháng)和優(yōu)良的晶體質(zhì)量，有力地推動(dòng)了β-Ga2O3薄膜的高質(zhì)量異質(zhì)外延的發(fā)展。同時(shí)，研究團隊還通過(guò)對MBE外延生長(cháng)過(guò)程中的β-Ga2O3薄膜生長(cháng)機制進(jìn)行詳細探究，揭示了其成核、生長(cháng)的差異性，并建立了相對應的外延生長(cháng)機理模型圖。據悉，β-Ga2O3材料因其本征日盲光吸收(254 nm)，簡(jiǎn)單二元組成，帶隙可調，制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢在日盲光電探測器領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。

另外，該研究團隊在MBE異質(zhì)外延β-Ga2O3生長(cháng)機制的基礎上，結合半導體光電響應原理，探究了異質(zhì)外延β-Ga2O3薄膜日盲光電探測器的性能指標。研究團隊利用臭氧作為前驅體所制備的金屬-半導體-金屬結構日盲光電探測器表現出7.5 pA的暗電流、1.31×107的光暗電流比、1.31×1015 Jones的比檢測率和 53 A/W的光響應度，表現出相當優(yōu)異的對日盲紫外光的探測性能。