在大家還在為SiC和GaN在近年的崛起歡呼的時(shí)候，一種被業(yè)內(nèi)專(zhuān)家稱(chēng)為第四代半導(dǎo)體的材料——氧化鎵（Ga2O3）正在逐漸走進(jìn)人們的視線。

作為一種新興的超寬帶隙導(dǎo)體，氧化鎵擁有4.9~5.3eV的超大帶隙。作為對(duì)比，SiC和GaN的帶隙為3.3eV，而硅則僅有1.1eV，那就讓這種新材料擁有更高的功率特性以及深紫外光電特性，再加上其熱穩(wěn)定性以及人工晶體襯底低成本合成，讓開(kāi)發(fā)者可以有望基于此開(kāi)發(fā)出小型化，高效的、性?xún)r(jià)比優(yōu)良的超大功率晶體管。這也許是為什么在以SiC和GaN為代表的寬帶隙（WBG）半導(dǎo)體器件方面取得了巨大進(jìn)步的時(shí)候，Ga2O3仍然吸引了開(kāi)發(fā)者廣泛興趣的原因。

據(jù)日本富士經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)計(jì)顯示，2016 年，氧化鎵在日本市場(chǎng)的銷(xiāo)售情況大概為 5 億日元，在2020、2025、2030三個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)間，氧化鎵的市場(chǎng)也將會(huì)有數(shù)百倍的明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)他們的觀點(diǎn)，這種新材料的增長(zhǎng)幅度低于發(fā)展20 多年的 SiC 材料，但是高于襯底材料還沒(méi)有得到較好解決的GaN。

潛行多年后，氧化鎵真的到了要走上舞臺(tái)的時(shí)候嗎？

“毀譽(yù)參半”的新材料

作為一個(gè)被看好的替代者，氧化鎵自然有其特點(diǎn)所在。據(jù)本土氧化鎵初創(chuàng)企業(yè)銘鎵半導(dǎo)體的創(chuàng)始人陳政委介紹，氧化鎵材料主要擁有三大優(yōu)勢(shì)：

首先，在功率半導(dǎo)體特性上，其性能數(shù)倍于硅基、碳化硅和氮化鎵，是制備高功率半導(dǎo)體電力電子器件的優(yōu)選材料，“相比于其他寬禁帶半導(dǎo)體（GaN 和 SiC）材料，其擁有更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)（~8 MV/cm），同時(shí)，這種材料還有更低的能量損耗、更高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)?！标愓徊街赋觥?/span>

其次，因?yàn)檠趸壍牟牧蠁?wèn)題已經(jīng)得到初步的解決，液相導(dǎo)模法的生長(zhǎng)工藝決定其材料成本優(yōu)勢(shì)非常明顯；第三，氧化鎵在深紫外光電器件方向具備天然的性能優(yōu)勢(shì)，其物性穩(wěn)定，幾乎不受到外界環(huán)境的改變。

據(jù)一篇發(fā)表在IEEE的文章中得出結(jié)論，在對(duì)半導(dǎo)體至關(guān)重要的五個(gè)特性中，穩(wěn)態(tài)單斜型氧化鎵（即：β相氧化鎵）擁有高臨界電場(chǎng)強(qiáng)度，這是其*為明顯的優(yōu)勢(shì)，有助于打造超高功率的分立型半導(dǎo)體器件。

可以向其添加電荷載流子也是氧化鎵的另一個(gè)特性。我們也可以使用這種方式，通過(guò)一種被稱(chēng)為摻雜的過(guò)程提高其導(dǎo)電性更高。這里的摻雜就涉及向晶體中添加受控量的雜質(zhì)，以控制半導(dǎo)體中電荷載流子的濃度。例如在硅中，您可以使用離子注入，然后進(jìn)行退火，以便在晶體中摻雜磷（添加自由電子）或硼（減去它們），進(jìn)而使電荷可以在其中自由移動(dòng)。同樣，在氧化鎵上，同樣可以用類(lèi)似的方式添加電子。

但正如陳政委所說(shuō)，氧化鎵雖然有性能優(yōu)勢(shì)明顯，但也有其明顯的短板所在。如：氧化鎵的導(dǎo)熱系數(shù)不高，使用存在器件穩(wěn)定性的問(wèn)題；氧化鎵本征為N 型半導(dǎo)體材料，對(duì)于氧化物而言，解決 P 型摻雜問(wèn)題相對(duì)比較困難。這正是研究者或者產(chǎn)業(yè)者把氧化鎵看作一種“毀譽(yù)參半”材料的原因。

即使如此，業(yè)界統(tǒng)一認(rèn)知，這并不是限制氧化鎵研究和產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題，而是逐步需要解決的瓶頸問(wèn)題，因而還是有很多團(tuán)隊(duì)持續(xù)投入到這個(gè)新技術(shù)的研究上。自2012年日本獲得2英寸氧化鎵材料以來(lái)，歷經(jīng)了多年發(fā)展，氧化鎵材料以及氧化鎵基光電及功率器件業(yè)已得到初步的驗(yàn)證，正在逐步產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。同時(shí)在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中，人們還為氧化鎵的未來(lái)做了更多的設(shè)想。

據(jù)介紹，氧化鎵在電力電子器件如肖特基二極管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管、日盲紫外光電探測(cè)器、紫外透明導(dǎo)電電極、信息存儲(chǔ)器、氣敏傳感器、光催化等領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，是一種極具應(yīng)用潛力的多功能超寬禁帶半導(dǎo)體材料。