近日，中國電科46所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。

據“中國電科”消息，中國電科46所氧化鎵團隊從大尺寸氧化鎵熱場設計出發，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，可用于6英寸氧化鎵單晶襯底片的研制，將有力支撐我國氧化鎵材料實用化進程和相關產業發展。

國內氧化鎵研發進展捷報頻傳

目前，我國從事氧化鎵相關業務的企業包括北京鎵族科技、杭州富加鎵業、北京銘鎵半導體、深圳進化半導體等。此外，除中電科46所，上海光機所、上海微系統所、復旦大學、南京大學等各大科研高校也在從事相關研究。近期，我國在氧化鎵方面的研發進展也頻傳捷報。

北京銘鎵半導體于2022年12月完成4英寸氧化鎵晶圓襯底技術突破，成為國內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業化公司。

上市公司新湖中寶投資的杭州富加鎵業已經初步建立了氧化鎵單晶材料設計、熱場模擬仿真、單晶生長、晶圓加工等全鏈路研發能力，推出2寸及以下規格的氧化鎵UID（非故意摻雜）、導電型及絕緣型產品。

浙大杭州科創中心也于2022年5月成功制備直徑2英寸（50.8mm）的氧化鎵晶圓，而使用這種具有完全自主知識產權技術生長的2英寸氧化鎵晶圓在國際尚屬首次。

中國科大國家示范性微電子學院教授龍世兵課題組于2023年初首次研制出氧化鎵垂直槽柵場效應晶體管。而就此前不久，龍世兵課題組相關研究論文成功被世界頂級技術論壇IEEE IEDM大會接收，這也是中國科大首次以第一作者單位在IEEE IEDM上發表論文。


最具效率的半導體材料

隨著量子信息、人工智能等高新技術的發展，半導體新體系及其微電子等多功能器件技術也在更新迭代。雖然前三代半導體技術持續發展，但也已經逐漸呈現出無法滿足新需求的問題，特別是難以同時滿足高性能、低成本的要求。

此背景下，人們將目光開始轉向擁有小體積、低功耗等優勢的第四代半導體。第四代半導體具有優異的物理化學特性、良好的導電性以及發光性能，在功率半導體器件、紫外探測器、氣體傳感器以及光電子器件領域具有廣闊的應用前景。富士經濟預測2030年氧化鎵功率元件的市場規模將會達到1,542億日元（約人民幣92.76億元），這個市場規模要比氮化鎵功率元件的規模（1,085億日元，約人民幣65.1億元）還要大。

氧化鎵的結晶形態截至目前已確認有α、β、γ、δ、ε五種。其中，β相最穩定。β-Ga2O3的禁帶寬度為4.8～4.9 eV，擊穿場強高達8 MV/cm。

巴利加優質是低損失性能指標，β-Ga2O3的巴利加優質高達3400，大約是SiC的10倍、GaN的4倍。因此，在制造相同耐壓的單極功率器件時，元件的導通電阻比SiC、GaN低得多，極大降低器件的導通損耗。

中國科學院院士郝躍曾指出，氧化鎵材料是最有可能在未來大放異彩的材料之一，在未來的10年左右，氧化鎵器件有可能成為有競爭力的電力電子器件，會直接與碳化硅器件競爭。但氧化鎵目前的研發進度還不夠快，仍需不懈努力。


國內投融資開始涌動

氧化鎵是未來十年的生意，行業分析人士表示，預計到2030年，全球氧化鎵及功率器件市場規模將達到98.6億元。

在產業化方面，國內剛剛起步，但很多投資基金已經開始關注到氧化鎵的未來，尋求相關創業項目和創業團隊，推動國內氧化鎵發展。北京鎵族科技、杭州富加鎵業、北京銘鎵半導體、深圳進化半導體是目前在投融資市場較為活躍的四家公司——

北京鎵族科技是國內入局比較早的一家公司，注冊成立于2017年年底，是國內首家、國際第二家專業從事氧化鎵半導體材料開發及應用產業化的高科技公司，是北京郵電大學的科研團隊科研成果轉化形成公司；

杭州富加鎵業科技有限公司成立于2019年12月，是由中國科學院上海光機所與杭州市富陽區政府共建的硬科技產業化平臺——杭州光機所孵化的科技型企業；

北京銘鎵半導體是可實現國產工業級氧化鎵半導體晶片小批量供貨的中國廠家，這家公司已開始布局“氧化鎵”材料產業全鏈路；

深圳進化半導體則稱預計在一年內實現2英寸β相的單晶襯底的小批量生產和銷售，目前已有潛在客戶表達了聯合測試意愿。

據《中國電子報》預測，輻射探測傳感器芯片和功率校正、逆變、高功率和超大功率芯片是氧化鎵兩個主要方向，尤其是在超寬禁帶系統可用功率和電壓范圍方面會發揮重要作用，包括電力調節和配電系統中的高壓整流器、電動汽車和光伏太陽能系統等有利應用場景。

進化半導體公司CEO許照原在36氪訪談中表示，碳化硅用了40年時間發展，氧化鎵則僅用了10年，踩著碳化硅腳印前進的氧化鎵很有可能有類似的發展行徑：先在市場門檻較低的快充和工業電源領域落地，后在汽車領域爆發。

氧化鎵在十年內已取得重大進展，眼看離產業只差一步之遙，但針對材料制備和相關性質研究仍然不夠系統和深入，若想統治未來，掌握現在這十年是關鍵。