半導體產業網獲悉：2025年3月5日，杭州鎵仁半導體有限公司(以下簡稱“鎵仁半導體”)發布全球首顆第四代半導體氧化鎵8英寸單晶。鎵仁半導體采用完全自主創新的鑄造法成功實現8英寸氧化鎵單晶生長，并可加工出相應尺寸的晶圓襯底。這一成果，標志著鎵仁半導體成為國際上首家掌握8英寸氧化鎵單晶生長技術的企業，刷新了氧化鎵單晶尺寸的全球紀錄，也創造了從2英寸到8英寸，每年升級一個尺寸的行業記錄。
中國氧化鎵率先進入8英寸時代，具有深遠的產業意義。
首先，8英寸氧化鎵能夠與現有硅基芯片廠的8英寸產線兼容，這將會顯著加快其產業化應用的步伐。
其次，氧化鎵襯底尺寸增大可提升其利用率，降低生產成本，提升生產效率。
最后，中國率先突破8英寸技術壁壘，不僅標志著我國在超寬禁帶半導體領域的技術進步，更為我國氧化鎵產業在全球半導體競爭中搶占了先機，有力推動我國在全球半導體競爭格局中占據優勢地位。
圖1 鎵仁半導體8英寸氧化鎵單晶
圖2 鎵仁半導體氧化鎵單晶尺寸快速演進
一、氧化鎵簡介
半導體材料是現代信息技術及電子信息產業發展的基礎，是衡量一個國家科技水平與綜合國力的重要標志。半導體材料發展已經歷了以Si、Ge為代表的第一代半導體材料，以GaAs、InP為代表的第二代化合物半導體材料，以及以SiC、GaN為代表的第三代寬禁帶半導體材料。近年來，隨著新能源、光伏發電、雷達探測、5G移動通信等領域的高速發展，以氧化鎵(β-Ga2O3)為代表的具有更高禁帶寬度與擊穿電場強度的超寬禁帶半導體材料，開始引起各界的廣泛關注與重視。
01、氧化鎵(β-Ga2O3)具有優異的物理性質
氧化鎵單晶禁帶寬度約為4.8 eV，擊穿電場強度約為8MV/cm，遠大于Si(1.1eV，0.3MV/cm)、SiC(3.3eV，2.5MV/cm)、GaN(3.4eV，3.3MV/cm)等材料，制作的功率器件具有更高的工作電壓、功率；
并且氧化鎵的巴利加優值大約是SiC的10倍、GaN的4倍，使用氧化鎵研制的器件將具有更小的導通電阻和更高的功率轉換效率；
氧化鎵單晶紫外截止邊短(260nm)，且紫外波段的透過率受載流子濃度影響小，在制備深紫外光電器件方面優勢明顯；
同時，氧化鎵單晶還具有優異的熱穩定性與化學穩定性。
基于氧化鎵優異的物理性質，氧化鎵在制作高壓功率器件和深紫外光電器件等方面具有明顯優勢。
圖3 氧化鎵單晶物性參數及氧化鎵功率晶體管基準圖
（Ref: S. J. Pearton, et al., Appl. Phys. Rev., 5, 2018, 011301;A. J. Green, et al., APL Mater., 10, 2022, 029201）
02、氧化鎵具有廣闊的應用前景
首先，氧化鎵在功率器件領域應用前景值得期待，尤其是大于650V的中壓、高壓以及特高壓功率器件領域，比如新能源汽車快充、工業電源、電網高壓功率模塊等。
其次，氧化鎵也是潛在的高功率射頻器件襯底材料，比如通信基站和雷達系統等。
第三，由于氧化鎵在深紫外光電器件的應用優勢，其還可用于日盲探測、輻射探測等特有領域。
未來如果氧化鎵能夠實現大規模應用，我們的生活將會發生翻天覆地的變化。
以新能源汽車為例，采用氧化鎵功率器件有助于高壓電氣系統電壓向1200V甚至更高電壓提升，未來氧化鎵有望將新能源汽車的充電時間縮短至現在的 1/4，實現分鐘級快速充電。
此外，作為電力電子器件來說，碳化硅可以比硅基要低大概70%的能源損耗，氧化鎵又比碳化硅低80%的電能損耗，因此氧化鎵的應用將會為國家雙碳戰略提供助力。
03、氧化鎵適合大規模產業化
首先，氧化鎵在晶體生長方面有顯著的產業化優勢。氧化鎵單晶與Si單晶等傳統半導體材料類似，可采用熔體法進行生長，并且是目前唯一可用常壓熔體法進行大尺寸晶體生長的超寬禁帶半導體，相比于氣相法等晶體生長方法，熔體法有利于獲得大尺寸、高質量單晶，而且晶體生長速度快、效率高，同時還具備低成本、大規模量產的優勢。
其次，氧化鎵在切磨拋等加工方面也同樣適合產業化。一方面，氧化鎵的硬度(6)與Si單晶的硬度(6.5)接近，遠小于碳化硅(9.2)，降低了加工難度，比如8英寸碳化硅切片需要約200小時，而同等尺寸氧化鎵切片僅需約20小時，相比之下加工效率提升10倍；另一方面，氧化鎵可以直接沿用硅成熟的加工設備技術，這減少了氧化鎵在加工設備上的研發周期與研發投入，有利于氧化鎵的迅速產業化。
二、鑄造法簡介
01、鑄造法的由來及優勢
鑄造法是由浙江大學楊德仁院士團隊自主研發，用于生長氧化鎵單晶的新型熔體法技術。鑄造法具有以下顯著優勢：
第一，鑄造法成本低，由于貴金屬Ir的用量及損耗相比其他方法大幅減少，成本顯著降低；
第二，鑄造法效率高，鑄造法晶體生長速度快（~100mm/h），單個晶錠厚度大（20mm以上），因此單錠出片量大，生產效率高；
第三，鑄造法簡單可控，其工藝流程短、效率高、尺寸易放大；
第四，鑄造法擁有完全自主知識產權，中國、日本、美國專利均已授權，為突破國外技術壟斷，實現國產化替代奠定堅實基礎。
02、鎵仁半導體鑄造法氧化鎵單晶發展歷程
從 2022 年鎵仁半導體公司成立至今，鑄造法氧化鎵單晶尺寸實現了每年提升一代尺寸的高速發展，展現了自主創新的技術實力。2022年5月，成功生長2英寸氧化鎵單晶；2023年5月，成功生長4英寸氧化鎵單晶；2024年2月，成功生長6英寸氧化鎵單晶；2025年2月，鎵仁成功生長8英寸氧化鎵單晶。
03、鑄造法已逐步實現產業化且產品質量優異
鎵仁半導體氧化鎵鑄造法已逐步實現產業化，為下游客戶提供大尺寸高質量的氧化鎵單晶襯底產品。目前，鎵仁半導體6英寸襯底已實現產品銷售出貨。
圖4 鎵仁半導體氧化鎵單晶襯底產品的第三方檢測報告
（左圖為電學性能檢測結果，導電型晶體電阻率25mΩ·cm、載流子濃度2.9×1018cm-1，UID晶體電阻率664mΩ·cm、載流子濃度6.9×1016cm-1；右圖為結晶質量檢測結果，XRD 半高全寬（FWHM）為19arcsec）
三、鎵仁半導體自研氧化鎵專用
VB法晶體生長設備全面開放銷售
鎵仁半導體不僅提供氧化鎵單晶襯底產品，還全面開放氧化鎵專用VB法晶體生長設備及配套工藝包的銷售。
2024年9月，鎵仁半導體推出了首臺自研氧化鎵專用晶體生長設備，不僅能夠滿足氧化鎵生長對高溫和高氧環境的需求，而且能夠進行全自動化晶體生長，減少了人工干預，顯著提高了生產效率和晶體質量。
該設備通過工藝控制可獲得多種不同晶面的大尺寸單晶，且支持向更大尺寸單晶的升級，滿足高校、科研院所、企業客戶對氧化鎵晶體生長的科研、生產等各項需求。該型氧化鎵VB法長晶設備及其工藝包已全面開放銷售。
四、公司簡介
杭州鎵仁半導體有限公司成立于2022年9月，目前坐落于杭州市蕭山區，是一家專注于氧化鎵等寬禁帶半導體材料及設備研發、生產和銷售的科技型企業。
公司依托浙江大學硅及先進半導體材料全國重點實驗室、浙江大學杭州國際科創中心，已形成一支以中科院院士楊德仁為首席顧問的研發和生產團隊。公司研發團隊開創了鑄造法氧化鎵單晶生長新技術，實現了8英寸單晶生長技術突破，成為國際首家掌握該技術的產業化公司，尺寸指標國際領先；實現了3英寸晶圓級（010）單晶襯底的生產技術突破，為目前國際上已報導的最大尺寸；自主研發了VB法氧化鎵專用單晶生長設備，不僅能夠滿足氧化鎵生長對高溫和高氧環境的需求，而且能夠進行全自動化晶體生長，減少了人工干預顯著提高了生產效率和晶體質量。
公司已獲批國家級科技型中小企業、浙江省專精特新中小企業、浙江省創新型中小企業、浙江省科技型中小企業、杭州市企業高新技術研究開發中心。公司已申請國際、國內發明專利五十余項，突破了西方國家在氧化鎵單晶材料上的壟斷和封鎖。
公司產品包括不同尺寸、晶向和電阻率的氧化鎵襯底，可定制的氧化鎵籽晶等。產品主要應用于面向國家電網、新能源汽車、軌道交通、5G通信等領域的電力電子器件。經過多年的攻關，公司已掌握從設備開發、熱場設計、晶體生長、晶體加工等全鏈條的核心技術，可提供完全具有自主知識產權的氧化鎵襯底。鎵仁半導體立足于解決國家重大需求，將深耕于氧化鎵上游產業鏈的持續創新，努力為我國的電力電子等產業的發展提供產品保障。
