電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）從2022年美國商務部對氧化鎵和金剛石兩種半導體襯底實施出口管制，氧化鎵就開始受到更多關(guān)注。作為第四代半導體，氧化鎵的故事一直受限于材料量產(chǎn)和器件工藝上。氧化鎵的兩大應用包括功率器件和光電探測器，但目前來看，這兩大氧化鎵的應用場景依然未實現(xiàn)大規(guī)模應用。

近年來，業(yè)界一直在材料上推進商業(yè)化進程，各大高校和研究機構(gòu)也開始試驗更高性能的氧化鎵功率器件。不過最近氧化鎵領(lǐng)域已經(jīng)有一些非常亮眼的新進展出現(xiàn)，包括材料和器件。有業(yè)內(nèi)人士稱，氧化鎵材料四年走完了碳化硅材料30年走的路程，而氧化鎵 FET器件的耐壓更是輕松超過9000V。

對比碳化硅，直到今年3月，Wolfspeed才正式發(fā)布了業(yè)界首款商用的10kV SiC MOSFET，可見未來氧化鎵期間的性能潛力。

中日氧化鎵產(chǎn)業(yè)狂飆

第四代半導體的一個重要特性就是“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，第三代半導體中碳化硅禁帶寬度僅為3.2eV，氮化鎵也只有3.4eV。更寬的禁帶，帶來的優(yōu)勢是擊穿電場強度更大，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。

目前，氧化鎵單晶襯底領(lǐng)域，日企占據(jù)較大的優(yōu)勢，國際上的氧化鎵襯底市場幾乎被Novel Crystal公司壟斷。同時在產(chǎn)業(yè)化方面，由于襯底的優(yōu)勢，器件方面同樣是日企有先發(fā)優(yōu)勢，但中國近年在大尺寸氧化鎵襯底的快速發(fā)展下，晶圓級器件流片等方面已經(jīng)逐步追趕上領(lǐng)先水平。

今年2月27日，Novel Crystal實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)里程碑式突破，宣布從3月開始供應6英寸β-Ga2O3襯底樣品，這也標志著氧化鎵功率器件開始邁入規(guī)模量產(chǎn)應用的時代。該公司表示，通過提供高質(zhì)量的單晶基板，公司能夠幫助合作伙伴提前進行外延生長和工藝開發(fā)工作，從而趕上2029年的大規(guī)模生產(chǎn)計劃。

Novel Crystal計劃在2027年開始生產(chǎn)6英寸β-Ga2O3外延片樣品；2029年利用其DG工藝實現(xiàn)6英寸β-Ga2O3外延片大規(guī)模量產(chǎn)，同時通過DG工藝獲得極具競爭力的成本優(yōu)勢；到2035年目標是為市場提供8英寸規(guī)格的β-Ga2O3襯底。

據(jù)Novel Crystal介紹，DG工藝是一種新一代單晶生長技術(shù)，無需使用由貴金屬制成的坩堝，以大幅降低材料和設備成本。

國內(nèi)方面，富加鎵業(yè)、鎵仁半導體、鎵和半導體、銘鎵半導體等都在氧化鎵單晶襯底上實現(xiàn)了尺寸的超越。

比如今年3月，鎵仁半導體在國際上首次成功實現(xiàn)了高質(zhì)量的8英寸氧化鎵同質(zhì)外延生長，直接解決了氧化鎵大規(guī)模應用的核心難題：大尺寸和高質(zhì)量外延層制備，為氧化鎵功率器件規(guī)模量產(chǎn)打下了堅實基礎，推動氧化鎵SBD、MOSFET等器件的商業(yè)化。

而就在本周，富加鎵業(yè)宣布在國際上首次成功制備出12英寸氧化鎵單晶，刷新了全球氧化鎵單晶尺寸的最高紀錄。此前全球氧化鎵單晶主流在2–6英寸，2025年12月富加鎵業(yè)已聯(lián)合上海光機所實現(xiàn)國際首發(fā)8英寸VB法單晶。12英寸的實現(xiàn)，意味著單晶直徑直接躍升至與主流硅功率器件產(chǎn)線完全兼容的水平。

襯底尺寸一直是半導體行業(yè)的重要成本優(yōu)化路徑，SiC自2022年開始進入8英寸時代后，市場規(guī)模隨著SiC襯底成本的不斷下跌而擴大，SiC器件在新能源汽車上的應用，從最早的30萬以上高端車型專屬，短短4年間下沉到10萬元級別市場。

氧化鎵襯底在短短三年間從主流2到4英寸，迅速突破至8英寸甚至是12英寸。12英寸晶圓面積約為8英寸的2.25倍、6英寸的4倍以上，單片襯底可切割的器件數(shù)量大幅增加，單位成本顯著攤薄，推動氧化鎵功率器件包括SBD、MOSFET等從實驗室奢侈品走向工業(yè)級可商用。

氧化鎵功率器件的量產(chǎn)困境

去年一家名不見經(jīng)傳的初創(chuàng)企業(yè)吸引了行業(yè)關(guān)注，這家名為Gallox semiconductors，由康奈爾大學孵化的初創(chuàng)企業(yè)，聲稱是全球首家將氧化鎵器件商業(yè)化的公司。根據(jù)Gallox的介紹，其致力于解決氧化鎵器件的制造挑戰(zhàn)，包括制造更薄的芯片以提升器件性能、在更大晶圓尺寸下的可靠生產(chǎn)、熱管理優(yōu)化、建立代工廠和封裝流程等。公司技術(shù)優(yōu)勢包括：更高效（節(jié)省電力、減少廢熱）、更小（降低總電阻和導通損耗）、更高功率密度（減少系統(tǒng)尺寸和復雜性）、更高頻率（允許更小、更輕的電容器和電感器）、更堅固（適用于惡劣環(huán)境）、更低成本。

Gallox表示，氧化鎵二極管的峰值電壓比碳化硅二極管大三倍，比硅二極管大28倍。氧化鎵晶體管電流密度可以高達1 kA/cm2，對比之下，傳統(tǒng)硅晶體管電流密度普遍低于100A/cm2，碳化硅晶體管可以達到200-500 A/cm2。不過公司目前產(chǎn)品還處于工程樣品階段，大概以氧化鎵SBD為主。

去年4月，Novel Crystal全球首發(fā)了全氧化鎵基平面SBD產(chǎn)品，同樣是提供驗證樣品，主要支持科研和早期客戶評估。

可以看到主要企業(yè)的氧化鎵器件都仍處于科研級別的階段，為什么氧化鎵功率器件難以真正大規(guī)模量產(chǎn)？

Ga?O?受主能級深、空穴有效質(zhì)量大、自補償與自陷效應嚴重，導致p型導電率極低且不穩(wěn)定。所以就難以實現(xiàn)pn結(jié)，無法制造雙極型器件，實現(xiàn)氧化鎵的理論優(yōu)勢，比如超高擊穿場強等，這對于氧化鎵的商業(yè)化是致命性的缺陷，因為無法對SiC等現(xiàn)有的器件實現(xiàn)超越，而價格又更高，商業(yè)上毫無優(yōu)勢。

在實驗室中，目前有NiO異質(zhì)結(jié)、能量驅(qū)動相變或特定摻雜來實現(xiàn)pn結(jié)/常關(guān)結(jié)構(gòu)，如日本FLOSFIA α-Ga?O? MOSFET，但晶圓級穩(wěn)定、高激活率p型仍未突破，難以規(guī)模化。

另外，氧化鎵熱導率僅為硅的1/5左右，遠低于SiC/GaN，高功率密度下自熱效應嚴重，易造成性能退化、熱失效或可靠性下降。如果用在電網(wǎng)等高功率場景中，散熱問題會成為應用瓶頸，目前主流的解決方式是引入金剛石或石墨烯緩沖層等提高散熱能力，但整體來看仍未有一個成熟的封裝方案。

小結(jié)：

2026年，氧化鎵可能已經(jīng)處于爆發(fā)前夜，大尺寸材料突破加速，散熱和p型有實驗室方案，但從“可演示”到“可量產(chǎn)、高可靠、低成本”仍需跨越多重門檻。行業(yè)普遍認為，未來2-3年有望解決良率、一致性和可靠性，預計2027-2029年后可能在特定中高壓領(lǐng)域，包括工業(yè)電源、快充樁、電網(wǎng)等領(lǐng)域，進入小批量驗證階段。