第四代半导体氧化镓蓄势待发！

新能源汽车大势之下，以碳化硅为代表的第三代半导体发展风生水起。与此同时，第四代半导体也在蓄势待发，其中，氧化镓（Ga2O3）基于其性能与成本优势，有望成为继碳化硅之后最具潜力的半导体材料。

鸿海入局氧化镓

近期媒体报道，鸿海研究院半导体所与阳明交大电子所合作，双方研究团队在第四代半导体的关键技术上取得重大突破，提高了氧化镓在高压、高温应用领域的高压耐受性能。

本次研究利用磷离子布植和快速热退火技术实现了第四代半导体P型氧化镓的制造，并在其上重新生长N型和 N+型Ga2O3，形成了PN Ga2O3 二极体，结果展示出优异的电性表现，这一突破性技术除了能大幅提升元件的稳定性和可靠性，并显著降低电阻。

论文详细阐述了这种新型Ga2O3 PN二极体的制作过程和性能特征。实验结果显示，该元件具有4.2 V的开启电压和900 V的击穿电压，展现出元件优异的高压耐受性能。

资料显示，氧化镓作为第四代半导体材料代表，具备禁带宽度大、临界击穿场强高、导通特性好（几乎是碳化硅的10倍）、材料生长成本低等优势，这些特性使得氧化镓特别适用于电动汽车、电网系统、航空航天等高功率应用场景。

鸿海认为，氧化镓将有望成为具有竞争力的电力电子元件，能直接与碳化硅竞争。展望未来，鸿海研究院表示，随着氧化镓技术的进一步发展，可以期待其在更多高压、高温和高频领域中有更广泛应用。

氧化镓技术不断突破

资料显示，当前日本、美国与中国对氧化镓领域的研究较为积极。

日本相关厂商已经实现了4英寸与6英寸氧化镓的产业化发展，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）法成功制备出6英寸β型氧化镓单晶。

美国Kyma科技公司在氧化镓基片、外延晶片和器件的生产上具有优势，并且与美国国防部达成紧密的合作关系。

我国同样也在加速布局氧化镓，并取得了一系列重要研究成果。

去年2月，中国电科46所成功制备出6英寸氧化镓单晶，技术达到了国际一线水平。

去年10月，北京铭镓半导体有限公司实现了4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破，推出多规格氧化镓单晶衬底并首发4英寸(100)面单晶衬底参数。

今年3月，镓仁半导体联合浙江大学杭州国际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，采用自主开创的铸造法于今年2月成功制备了高质量6英寸非故意掺杂及导电型氧化镓(β-Ga2O3)单晶，并加工获得了6英寸氧化镓衬底片。同年7月，镓仁半导体制备出了3英寸晶圆级（010）氧化镓单晶衬底。

今年4月，媒体报道厦门大学电子科学与技术学院杨伟锋教授团队在第四代半导体氧化镓（β-Ga2O3）外延生长技术和日盲光电探测器制备方面取得重要进展。

在β-Ga2O3薄膜生长方面，研究团队利用分子束外延技术（MBE）实现了高质量、低缺陷密度的外延薄膜生长，并通过改变反应物前驱体和精密控制生长参数，成功实现了β-Ga2O3外延薄膜的均匀生长和优良的晶体质量，有力地推动了β-Ga2O3薄膜的高质量异质外延的发展。同时，研究团队还通过对MBE外延生长过程中的β-Ga2O3薄膜生长机制进行详细探究，揭示了其成核、生长的差异性，并建立了相对应的外延生长机理模型图。据悉，β-Ga2O3材料因其本征日盲光吸收(254 nm)，简单二元组成，带隙可调，制备工艺简单等优势在日盲光电探测器领域受到广泛关注。

另外，该研究团队在MBE异质外延β-Ga2O3生长机制的基础上，结合半导体光电响应原理，探究了异质外延β-Ga2O3薄膜日盲光电探测器的性能指标。研究团队利用臭氧作为前驱体所制备的金属-半导体-金属结构日盲光电探测器表现出7.5 pA的暗电流、1.31×107的光暗电流比、1.31×1015 Jones的比检测率和 53 A/W的光响应度，表现出相当优异的对日盲紫外光的探测性能。

氧化镓材料MBE异质外延生长机理研究和材料表征分析图

图片来源：电子科学与技术学院官网

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