第四代半導體氧化鎵蓄勢待發(fā)！

新能源汽車大勢之下，以碳化硅為代表的第三代半導體發(fā)展風生水起。與此同時，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明交大電子所合作，雙方研究團隊在第四代半導體的關鍵技術上取得重大突破，提高了氧化鎵在高壓、高溫應用領域的高壓耐受性能。

本次研究利用磷離子布植和快速熱退火技術實現(xiàn)了第四代半導體P型氧化鎵的制造，并在其上重新生長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(xiàn)，這一突破性技術除了能大幅提升元件的穩(wěn)定性和可靠性，并顯著降低電阻。

論文詳細闡述了這種新型Ga2O3 PN二極體的制作過程和性能特征。實驗結果顯示，該元件具有4.2 V的開啟電壓和900 V的擊穿電壓，展現(xiàn)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、臨界擊穿場強高、導通特性好（幾乎是碳化硅的10倍）、材料生長成本低等優(yōu)勢，這些特性使得氧化鎵特別適用于電動汽車、電網(wǎng)系統(tǒng)、航空航天等高功率應用場景。

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，鴻海研究院表示，隨著氧化鎵技術的進一步發(fā)展，可以期待其在更多高壓、高溫和高頻領域中有更廣泛應用。

氧化鎵技術不斷突破

資料顯示，當前日本、美國與中國對氧化鎵領域的研究較為積極。

日本相關廠商已經(jīng)實現(xiàn)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，技術達到了國際一線水平。
去年10月，北京銘鎵半導體有限公司實現(xiàn)了4英寸氧化鎵晶圓襯底技術突破，推出多規(guī)格氧化鎵單晶襯底并首發(fā)4英寸(100)面單晶襯底參數(shù)。

今年3月，鎵仁半導體聯(lián)合浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心先進半導體研究院、硅及先進半導體材料全國重點實驗室，采用自主開創(chuàng)的鑄造法于今年2月成功制備了高質量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，媒體報道廈門大學電子科學與技術學院楊偉鋒教授團隊在第四代半導體氧化鎵（β-Ga2O3）外延生長技術和日盲光電探測器制備方面取得重要進展。

在β-Ga2O3薄膜生長方面，研究團隊利用分子束外延技術（MBE）實現(xiàn)了高質量、低缺陷密度的外延薄膜生長，并通過改變反應物前驅體和精密控制生長參數(shù)，成功實現(xiàn)了β-Ga2O3外延薄膜的均勻生長和優(yōu)良的晶體質量，有力地推動了β-Ga2O3薄膜的高質量異質外延的發(fā)展。同時，研究團隊還通過對MBE外延生長過程中的β-Ga2O3薄膜生長機制進行詳細探究，揭示了其成核、生長的差異性，并建立了相對應的外延生長機理模型圖。據(jù)悉，β-Ga2O3材料因其本征日盲光吸收(254 nm)，簡單二元組成，帶隙可調，制備工藝簡單等優(yōu)勢在日盲光電探測器領域受到廣泛關注。

另外，該研究團隊在MBE異質外延β-Ga2O3生長機制的基礎上，結合半導體光電響應原理，探究了異質外延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(xiàn)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(xiàn)出相當優(yōu)異的對日盲紫外光的探測性能。