氧化镓衬底材料 ——一颗冉冉升起的新星

氧化镓技术之出现

Si，SiC，GaN和Ga 2 O 3 对比

（图片来源：半导体行业观察）

半导体材料特性（郝跃院士）

氧化镓衬底之现状

在国际上，特别是在日本和美国，对Ga2O3这种材料及其潜在应用的兴趣在过去三年中增长非常快。近年来氧化镓晶体生长技术的突破性进展，也极大地推动了相关的薄膜外延、日盲探测器、功率器件、高亮度紫外LED等器件的研究，是国际上超宽禁带半导体领域的研究热点。国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项也发布了相关的研究指南“超宽禁带半导体材料与器件研究（基础研究类）”，也极大带动了国内相关科研机构的研究兴趣，近年来，我国科学工作者在氧化镓材料和器件研究方面取得了重要的进展。

AFRL（美国空军研究室）制作的2英寸带有GaN外延层的Synoptics 氧化镓晶体管（Compound Semiconductor）

直径为4英寸的蓝宝石衬底上形成的

Ga 2 O 3薄膜(FLosfia官网)

氧化镓材料之潜力

氧化镓作为继GaN和SiC之后的下一代超宽禁带（UWBG）半导体材料，同时通过熔体法（生长蓝宝石衬底的方法）可以获得低缺陷密度的大尺寸Ga2O3衬底，使得Ga2O3器件的成本相比于GaN以及SiC器件更低。随着高铁、电动汽车以及高压电网输电系统的快速发展，全世界急切的需要具有更高转换效率的高压大功率电子电力器件。Ga2O3功率器件在与GaN和SiC相同的耐压情况下，导通电阻更低、功耗更小、更耐高温、能够极大地节约上述高压器件工作时的电能损失，因此Ga2O3提供了一种更高效更节能的选择。

Si，SiC，GaN和Ga 2 O 3 对比

（图片来源：半导体行业观察）

功率半导体材料对比

（半导体行业观察译自PC.watch）

关键材料（Si,SiC,GaN,GaO）特性对比（IEEE）

β相氧化镓晶体结构（网络）

按步骤划分的Ga 2 O 3 衬底制造成本

（图片来源：半导体行业观察）

在电流和电压需求方面Si，SiC，GaN和GaO功率电子器件的应用

(Flosfia介绍)

GaO与SiC成本对比（EE POWER）

综上，氧化镓是一种新兴的功率半导体材料，其带隙大于硅，氮化镓和碳化硅，但在成为电力电子产品的主要参与者之前，仍需要开展更多的研发和推进工作。