等这届高考生毕业，氧化镓能改变世界吗？( 三 ) 本文来自微信公众号：果壳硬

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不同氧化镣晶体制备方法的优缺点对比，图源丨《机械工程学报》[9]
国内开展氧化镓单晶生长研究只有十余年，成熟度和稳定性不及国外。中电科46所、西安电子科技大学、上海光机所、上海微系统所、复旦大学、南京大学、浙江大学等研究机构已开发出自主知识产权的生长技术，打技术垄断，不过最高只能加工到4英寸衬底。
【等这届高考生毕业，氧化镓能改变世界吗？】为了让这项技术逐渐产业化，国内主要策略是减少贵金属铱的使用，并推动无铱工艺的摸索研究，这种趋势在产业化脚步加快之际越来越明显：初创公司进化半导体宣称，已开发出独创的“无铱法”特色工艺，解决成本痛点[12]；2022年5月，浙江大学杭州国际科创中心则宣称，已发明全新的熔体法技术路线来研制氧化镓体块单晶以及晶圆，减少了贵金属铱的使用，目前已经成功制备直径2英寸的氧化镓晶圆。 [13]
薄膜外延
外延生长是制备半导体器件的核心工艺之一，与器件性能息息相关。当衬底材料和外延材料均为氧化镓时，此时的外延被称为同质外延，反之则称为异质外延。
受限于氧化镓单晶衬底尺寸、质量、电学性能等因素，目前氧化镓外延生长研究集中在异质外延，为数不多的同质外延也是基于最为稳定和最强解理面的（100）面衬底。 [14]

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外延的分类，制图丨果壳硬科技
目前用于氧化镓的外延薄膜沉积技术包括分子束外延技术（MBE）、分子有机气相沉积（MOCVD）、喷雾化学气相沉积（mist-CVD）、卤化物气相外延沉积技术（HVPE）。

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氧化镓外延技术情况，制表丨果壳硬科技
参考资料丨《新材料产业》[5]
国际上两个主流技术当道：NCT公司的EFG结合HVPE技术和IKZ研究所的Cz结合MOVPE技术。但在竞争过程中，由于EFG比Cz拥有更大的晶体尺寸， HVPE的外延沉积速率约为MOVPE的10倍，因此EFG结合HVPE技术路线成为了主流，并实现了产业化。
虽然国内氧化镓体单晶制备技术已取得显著进步，但国内氧化镓外延技术较为薄弱。中电科46所是国内氧化镓技术较为领先的：2019年中电科46所用导模法制备了4英寸氧化镓晶圆， 2021年12月又成功制备出HVPE氧化镓同质外延片，突破了HVPE同质外延氧化镓过程中气相成核和外延层质量控制等难题，填补国内空白。 [15]
器件应用
产出晶圆并不意味着万事大吉，还涉及许多问题。
由于氧化镓晶体脆性较大、易解理属性较强、断裂韧性较低，传统的游离磨料研磨加工很容易在表面产生裂纹和凹坑等缺陷，晶圆的超精密加工，包括研磨、抛光等都会牵扯出一系列工艺研究，产业化过程将带动整个链条。 [16]
在器件应用上，氧化镓生长单晶前期主要针对日盲深紫外探测器， 2012年氧化镓同质外延片应用至功率器件后，才正式开启了产业化新纪元。
目前氧化镓研究集中在肖特基势垒二极管（SBD）和金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）两种器件形态，通过增强器件结构，不断刷新着击穿电压数值。
器件发展上，日本入局较早，三菱重工、丰田、日本电装、田村制造（与NICT合作成立NCT）、日本光波等企业早已介入氧化镓的产业发展和布局，发展态势迅猛。美国相对缓慢， Kyma公司2020年推出1英寸氧化镓晶圆。 [17]