近日，國內對第四代半導體材料——氧化鎵的研發迎來了新的突破。
據“浙大杭州科創中心”消息，該中心先進半導體研究院發明了全新的熔體法技術路線來研制氧化鎵體塊單晶以及晶圓，目前已經成功制備直徑2英寸（50.8mm）的氧化鎵晶圓。
國際首創！浙大開發新技術成功制備2英寸氧化鎵晶圓
浙江大學杭州國際科創中心介紹稱，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。
浙大科創中心研發團隊張輝教授介紹，使用新技術路線生長的氧化鎵晶圓有兩個顯著優勢：
一是使用這種方法生長出的氧化鎵晶圓的晶面具有特異性，使得制作的功率器件具有較好的性能；
二是由于采用了熔體法新路線，減少了貴金屬銥的使用，使得氧化鎵生長過程不僅更簡單可控，成本也更低，具有更大的產業化前景。
經檢測，科創中心采用新技術路線研制出的這批氧化鎵晶圓的導電類型為半絕緣型，直徑尺寸達到50.8±0.5mm，表面粗糙度小于0.5nm，光學透過率良好，高分辨X射線搖擺曲線測試半高寬小于100弧秒，衍射峰均勻對稱，單晶質量較好，關鍵技術指標已達領域內的先進水平。
氧化鎵行業前景廣闊，多國爭搶15億美元市場
當前，以碳化硅、氮化鎵為主的第三代半導體材料迅速發展，但不容忽視的是，以氧化鎵和銻化鎵為主的第四代半導體材料也正在逐漸走進人們的視野。
據悉，使用氧化鎵制作的半導體器件可以實現更耐高壓、更小體積、更低損耗，可以有效降低新能源汽車、軌道交通、可再生能源發電等領域在能源方面的消耗。
有分析師預測，到2030年，氧化鎵功率半導體市場規模將達15億美元。
從全球范圍來看，對于第四代半導體氧化鎵的研究，以日本最為領先。早在2012年，日本便獲得2英寸氧化鎵材料，并于2014年實現了批量產業化，隨后又實現了4英寸氧化鎵材料的突破及產業化。
據中國電子報報道，日本企業Novell Crystal Technology正聯合村田制作所、三菱電機、日本電裝和富士電機等科技巨頭，以及東京農工大學、京都大學和日本國家信息與通信研究院等科研機構，推動氧化鎵單晶及襯底材料以及下游功率器件的產業化發展。
此外，美國、德國、法國等也在加緊氧化鎵產品的研究和競爭，如美國的空軍研究實驗室、海軍實驗室和宇航局；德國的萊布尼茨晶體生長研究所、以及法國圣戈班等都已加入氧化鎵材料及器件研發的浪潮中。
專家看好未來發展，10年后或直接與SiC器件競爭
盡管主流技術路線生長的氧化鎵晶體，成本比較高，一定程度上影響了氧化鎵材料在國內的大規模產業化，但作為國際科技戰略必爭高地，氧化鎵產品的研制已經成為我國未來的研發重點之一。
2017年9月，氧化鎵被科技部高新司列入重點研發計劃；2018年3月，北京市科委率先開展了前沿新材料的研究，把氧化鎵列為重點項目。此外，安徽等省/市也在“十四五”科技創新規劃公布的集成電路重大專項中提出，研發氧化鎵等寬禁帶半導體材料、工藝、器件及芯片。
盡管從目前來看，國內氧化鎵的發展尚處于早期研發階段，但中國科學院院士郝躍依然看好氧化鎵的發展。
在郝躍看來，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。
事實上，我國對于氧化鎵的研究已有十余年時間。經過多年氧化鎵晶體生長技術探索，中國電科46所分別于2016年和2018年相繼制備出了國內第一片高質量的2英寸氧化鎵單晶和4英寸氧化鎵單晶。
2022年3月，中國電科46所再次成功研制出擁有自主知識產權的高耐壓性能半導體材料——HVPE氧化鎵同質外延片，填補了國內技術空白。
除了中電科46所外，國內研究氧化鎵的機構和高校還包括西安電子科技大學、上海光機所、上海微系統所、復旦大學、南京大學、山東大學等。
國內氧化鎵初創企業嶄露頭角
眾所周知，第三代半導體材料已經吸引了眾多企業的關注及投資。據粗略統計，國內從事第三代半導體業務的企業達數十家，包括露笑科技、斯達半導、聞泰科技、三安光電、比亞迪等A股企業。
而從事第四代半導體的企業數量暫時僅有少數幾家，其中，以杭州富加鎵業、北京銘鎵半導體、北京鎵族科技、深圳進化半導體等為主的初創企業已經開始嶄露頭角。
以下為部分企業介紹：
01北京鎵族科技
北京鎵族科技成立于2017年，專業從事超寬禁帶（第四代）半導體氧化鎵材料開發及器件芯片應用產業化的國家高新技術產業公司，涵蓋完整的產業中試產線，具備研發和小批量生產能力，初步構建了氧化單晶襯底、氧化鎵異質/同質外延襯底生產和研發平臺。
2019年，鎵族科技開始向產業化公司開放服務，現已為中國電科、中國航天、國家電網公司、索斯克科技等全國100多家從事氧化鎵后端器件開發的研究機構和企業客戶提供上游材料保障。
02杭州富加鎵業
杭州富加鎵業成立于2019年，是由中國科學院上海光學精密機械研究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。
杭州富加鎵業專注于寬禁帶半導體材料研發，最初技術來源于中科院上海光機所技術研發團隊，主要從事氧化鎵單晶材料設計、模擬仿真、生長及性能表征等工作。
03北京銘鎵半導體
銘鎵半導體成立于2020年，是國內專業從事氧化鎵材料及其功率器件產業化的高新企業，專注于新型超寬禁帶半導體材料氧化鎵的高質量單晶與外延襯底、高靈敏度日盲紫外探測器件和高頻大功率器件等產業化高新技術的研發。
目前，銘鎵半導體已實現量產2英寸氧化鎵襯底材料，突破4英寸技術，是目前唯一可實現國產工業級“氧化鎵”半導體晶片小批量供貨中國廠家，已完成兩輪融資。
04深圳進化半導體
進化半導體成立于2021年，是一家專業從事第四代半導體氧化鎵（Ga2O3）晶片研發、生產和銷售的半導體企業，是少有的擁有氧化鎵的單晶爐設計、熱場設計、生長工藝、晶體加工等全系列自主知識產權技術的氧化鎵單晶襯底生產商之一。