在紧张忙碌的半导体材料研究室，白色的氧化镓粉末聚沙成塔，在单晶生长炉里默默生长。由它加工而成的氧化镓衬底片、外延片，可以制作成各类功率器件，在新能源汽车、轨道交通、可再生能源发电等领域前景无限，有望大幅降低能源消耗。
近日，杭州镓仁半导体有限公司联合浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）先进半导体研究院、硅及先进半导体材料全国重点实验室使用铸造法成功制备了高质量4英寸氧化镓单晶，并完成了4英寸氧化镓晶圆衬底技术突破。
1英寸、2英寸、4英寸氧化镓单晶
本项目获得了浙江省2023年“领雁”研发攻关计划资助以及杭州市萧山区“5213”卓越类计划扶持。
铸造法是科创中心首席科学家杨德仁院士团队自主研发的、适用于氧化镓单晶生长的新型熔体法技术，其生长的氧化镓晶圆具有两个显著优势，一是由于采用了熔体法新路线，显著减少了贵金属铱的使用量，使得氧化镓生长过程不仅更简单可控，而且成本也更低，具有更广阔的产业化前景；二是使用该方法生长出的氧化镓为柱状晶，可满足不同使用场景的需求。
“每克铱的价格就高达上千元，可以说是比黄金更珍贵的贵金属。但主流方法生长氧化镓晶体使用的盛放熔体的坩埚及配件，需要大量的贵金属铱，因此过去一直难以降低衬底成本。”团队负责人张辉教授说，“我们采用的方法大幅减少了铱的使用，成本更低，对产业化来说具有现实意义。”
氧化镓的固液界面失稳、热冲击产生高密度位错、温度梯度的调控以及晶体开裂……事实上，铸造法在研发过程中也遇到了诸多问题，轮班值守、修改方案，经历了成百上千次的实验后，团队最终优化了铸造工艺，突破了生长、加工等各项技术难题。
X射线摇摆曲线和原子力显微镜图
据晶片测试分析显示，晶体质量和加工技术也保持在产品级标准。高分辨X射线摇摆曲线半高宽小于100弧秒，衍射峰均匀对称，表明晶体质量良好。加工后晶片经AFM测试证实，表面粗糙度小于0.5 nm。
早在去年5月，科创中心先进半导体研究院就成功突破2英寸生长技术，制备了直径2英寸的氧化镓晶圆，为实现氧化镓批量生产打下坚实基础。未来，团队将继续开展自主创新工作，逐步突破更大尺寸，更高质量的氧化镓衬底，推动氧化镓产业高质量发展。
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杭州镓仁半导体有限公司成立于2022年9月，是一家专注于宽禁带半导体材料（氧化镓等第四代半导体）研发、生产和销售的科技型企业。公司开创了氧化镓单晶生长新技术，拥有国际、国内发明专利十余项，突破了美国、德国、日本等西方国家在氧化镓衬底材料上的垄断和封锁。镓仁半导体立足于解决国家重大需求，将深耕于氧化镓上游产业链的持续创新，努力为我国的电力电子等产业发展提供产品保障。
内容来源：浙大杭州科创中心先进半导体研究院
