新突破︱镓仁半导体成功制备VB法100毫米(010)面氧化镓单晶衬底

近年来，随着新能源、光伏发电、雷达探测、5G移动通信等领域的高速发展，以氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料开始引起各界的广泛关注与重视。氧化镓相比于其他化合物半导体具有独特的优势，以目前广泛使用的氮化镓为例进行对比。

1.氧化镓具有更高的工作电压和功率：氧化镓单晶禁带宽度约为4.8eV，击穿电场强度约为8MV/cm，远大于氮化镓(3.4eV，3.3MV/cm)，制作的功率器件具有更高的工作电压、功率。

2.氧化镓器件具有更低的能量损耗：氧化镓的巴利加优值约为3444，大约是氮化镓的4倍，这使得使用氧化镓研制的器件将具有更小的导通电阻和更高的功率转换效率。

3.氧化镓能同时满足高频率与高功率的要求：氧化镓约翰逊优值大(2844)，较氮化镓（1089）更有优势，同时满足高频率与高功率的要求，在射频领域前景广阔。

4.氧化镓具有优异的紫外光电性能：氧化镓单晶紫外截止边波长约为260nm，相比于氮化镓（约365nm）更短，且紫外波段的透过率受载流子浓度影响小，在制备深紫外光电器件方面优势明显。

5.氧化镓具有更强的热稳定性与化学稳定性：氧化镓相比氮化镓更耐高温，在极端环境下的稳定性更佳，在制作高压功率器件、射频器件、深紫外光电器件等方面具有明显优势。

在氧化镓单晶衬底常见的主流晶面中，（010）衬底在物理特性和外延方面具有出色的表现：

1.（010）衬底热导率最高，有利于提升功率器件性能；

2.（010）衬底具有较快的外延生长速率，外延匹配度好，是外延优选晶面。

目前，镓仁半导体已推出晶圆级(010)氧化镓单晶衬底产品，该产品面向科研市场，满足科研领域对(010)衬底的需求，促进业内产学研协同合作。

VB法在氧化镓单晶生长方面具有显著优势，正成为行业的新宠，国内外氧化镓衬底制造商均已开始着手布局。

优势1：VB法适用于生长轴向平行于[010]晶向的氧化镓单晶，有利于加工出大尺寸（010）面单晶衬底。

优势2：VB法不使用贵金属铱坩埚，无需考虑坩埚的氧化损耗，与常见使用铱坩埚的生长方法相比，成本大幅降低。

优势3：VB法可采用空气气氛生长单晶，能够有效抑制氧化镓的高温分解，减少因坩埚腐蚀晶体中的夹杂物等缺陷，提升晶体质量。

优势4：VB法温度梯度小，因晶体热应力诱生的位错数量少，晶体质量高。

优势5：VB法晶体在坩埚内生长，晶体直径即坩埚直径，因此无需控制晶体直径，技术难度低且稳定性高，易实现自动化控制。

2024年9月，镓仁半导体推出了首台自研氧化镓专用晶体生长设备，不仅能够满足氧化镓生长对高温和高氧环境的需求，而且能够进行全自动化晶体生长，减少了人工干预，显著提高了生产效率和晶体质量。

该设备通过工艺控制可获得多种不同晶面的大尺寸单晶，且支持向更大尺寸单晶的升级，满足高校、科研院所、企业客户对氧化镓晶体生长的科研、生产等各项需求。该型氧化镓VB法长晶设备及其工艺包已全面开放。

杭州镓仁半导体有限公司成立于2022年9月，是一家专注于氧化镓等宽禁带半导体材料及设备研发、生产和销售的科技型企业。

镓仁半导体引领行业创新，采用自主研发的铸造法单晶生长新技术，全球首发8英寸氧化镓单晶衬底，创造了从2英寸到8英寸，每年升级一个尺寸的行业纪录；开发了国内首台包含工艺包的氧化镓专用VB长晶设备，全面对外销售。镓仁半导体立足于解决国家重大需求，已掌握氧化镓生长、加工、外延等全链条的核心技术，获得14项国际国内发明专利，深耕于氧化镓上游产业链的持续创新。

公司产品包括不同尺寸、晶向和电阻率的氧化镓衬底，可定制的氧化镓籽晶等。产品主要应用于面向国家电网、新能源汽车、轨道交通、5G通信等领域的电力电子器件。经过多年的攻关，公司已掌握从设备开发、热场设计、晶体生长、晶体加工等全链条的核心技术，可提供完全具有自主知识产权的氧化镓衬底。镓仁半导体立足于解决国家重大需求，将深耕于氧化镓上游产业链的持续创新，努力为我国的电力电子等产业的发展提供产品保障。

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