電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 最近氧化鎵領(lǐng)域又有了新的進(jìn)展。今年1月，鎵仁半導(dǎo)體宣布基于自主研發(fā)的氧化鎵專用晶體生長設(shè)備進(jìn)行工藝優(yōu)化，采用垂直布里奇曼（VB）法成功實(shí)現(xiàn)4英寸氧化鎵單晶的導(dǎo)電型摻雜。本次生長4英寸導(dǎo)電型氧化鎵單晶仍沿用了細(xì)籽晶誘導(dǎo)+錐面放肩技術(shù)，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(yīng)用。
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在以碳化硅和氮化鎵為主的第三代半導(dǎo)體之后，氧化鎵被視為是下一代半導(dǎo)體的最佳材料之一。氧化鎵具有多種同分異構(gòu)體，其中β-Ga2O3（β相氧化鎵）最為穩(wěn)定，也是目前在半導(dǎo)體應(yīng)用中被研究最多，距離商業(yè)化應(yīng)用最近的一種。
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氧化鎵本身的材料特性極為優(yōu)異。我們都知道第三代半導(dǎo)體也被稱為寬禁帶半導(dǎo)體，而第四代半導(dǎo)體的一個(gè)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(dǎo)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(yōu)勢是擊穿電場強(qiáng)度更大，反映到器件上就是耐壓值更高，同樣以主流的β結(jié)構(gòu)Ga2O3材料為例，其擊穿電場強(qiáng)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(yīng)用層面上，氧化鎵主要被應(yīng)用于光電以及高功率器件的領(lǐng)域。
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2022年美國商務(wù)部工業(yè)和安全局的文件中披露，美國將對(duì)氧化鎵和金剛石兩種超寬禁帶半導(dǎo)體襯底實(shí)施出口管制，也足以證明第四代半導(dǎo)體的重要性。
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作為超寬禁帶半導(dǎo)體（禁帶寬度約4.8-4.9 eV），氧化鎵其高擊穿場強(qiáng)和熱穩(wěn)定性適合高壓、高溫應(yīng)用，但本征缺陷常使其呈弱n型導(dǎo)電。通過摻入雜質(zhì)改變半導(dǎo)體的導(dǎo)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(dǎo)電型摻雜是解鎖其在功率電子、深紫外光電器件等領(lǐng)域潛力的核心步驟。
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與此同時(shí)，鎵仁半導(dǎo)體在這次實(shí)現(xiàn)4英寸氧化鎵單晶的導(dǎo)電型摻雜中采用了VB法，并使用自研的VB法長晶設(shè)備。去年9月，鎵仁半導(dǎo)體推出了首臺(tái)自研氧化鎵專用晶體生長設(shè)備，不僅能夠滿足氧化鎵生長對(duì)高溫和高氧環(huán)境的需求，而且能夠進(jìn)行全自動(dòng)化晶體生長，減少了人工干預(yù)，顯著提高了生產(chǎn)效率和晶體質(zhì)量。
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據(jù)介紹，目前鎵仁半導(dǎo)體VB法氧化鎵長晶設(shè)備及工藝包已全面開放銷售。
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最近，國內(nèi)氧化鎵產(chǎn)業(yè)在大尺寸單晶襯底制備方面有不少新進(jìn)展，杭州富加鎵業(yè)通過自主研發(fā)的垂直布里奇曼（VB）法，成功實(shí)現(xiàn)4英寸導(dǎo)電型摻雜氧化鎵單晶的穩(wěn)定生長，并進(jìn)一步開發(fā)了6英寸單晶襯底，厚度達(dá)12mm，可切割更多晶片，顯著降低成本；銘鎵半導(dǎo)體也宣布全球首創(chuàng)4英寸氧化鎵晶坯技術(shù)，推動(dòng)材料規(guī)模化生產(chǎn)。
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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(shí)驗(yàn)室邁向產(chǎn)業(yè)化。盡管面臨熱管理、產(chǎn)業(yè)鏈整合等挑戰(zhàn)，隨著技術(shù)突破和政策支持，其有望在功率電子和光電領(lǐng)域掀起新一輪半導(dǎo)體革命。
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