2025年3月5日，杭州镓仁半导体有限公司发布全球首颗第四代半导体氧化镓8英寸单晶。 此举标志着中国氧化镓产业正式迈入8英寸时代。作为全球首家掌握8英寸氧化镓单晶生长的企业，本次镓仁半导体采用的是完全自主创新的铸造法工艺。

镓仁半导体8英寸氧化镓单晶衬底

01.

学院派出身，面向产业化

镓仁半导体成立于2022年9月，其创始人张辉来自于浙江大学，一直深耕晶体生长及半导体材料研究。根据此前公开信息显示，镓仁半导体的成立有着浓厚的学术背景。

该项目最早源自于浙江大学硅材料国家重点实验室，2018年，在时任国家重点实验室主任杨德仁院士的设计和指导下，张辉与团队成员共同进行氧化镓单晶材料的研究，两年后，研究成果初有成效。2020年，在实验室成功生长了小直径的氧化镓晶体，更为重要的是掌握了氧化镓晶体生长的技术。其后，随着浙江大学杭州国际科创中心的成立，在中心的支持下，镓仁半导体正式成立。张辉及其团队也正式从学院派走向产业化尝试。

此后，镓仁半导体快速升级其技术和产品。从2021年底成功制备1英寸氧化镓单晶衬底开始，此后基本上沿着一年一升级的路径进行升级。分别于2022年5月发布2英寸氧化镓衬底，2023年6月发布4英寸衬底，2024年3月发布6英寸衬底。2025年1月，镓仁半导体宣布首次采用垂直布里奇曼（VB）法成功生长出4英寸氧化镓晶圆级（010）单晶衬底，同时也是国内首次突破该技术。

张辉公开表示，产业化就意味着成本要得到控制。

目前包括日本等国家在内多采用导模法，这种方式因为要用到大量金属铱来制作坩埚，比如4英寸的氧化镓坩埚需要用到约5kg铱。铱作为一种重金属，注定氧化镓无法实现低成本。

氧化镓单晶生长技术进展，来源：镓仁半导体

镓仁半导体采取的是铸造法 。起源是镓仁在进行氧化镓直拉法时，偶然发现的。铸造法最明显的好处就是减少金属铱的使用，可降低80%，进而实现成本降低。另外，铸造法还有一个优势在于每次对于坩埚的损耗也小，这是因为铸造法下铱坩埚暴露在氧化环境中面积更少，对应的坩埚寿命更长，也可以降低成本。

不同工艺对铱坩埚的依赖程度，来源：镓仁半导体

之前，张辉曾展示测算数据，其现有技术量产后就可以将6英寸衬底成本做到2000元以下，进一步降低成本将会在2~3年内完成。

铸造法工艺虽然优势非常明显，但在实施过程中难度却很大，之前并未有企业或者研究团队利用铸造法制备氧化镓单晶。镓仁半导体经过多次研发，解决了氧化镓的固液界面失稳、籽晶热冲击产生高密度位错、温度梯度的调控以及晶体开裂等诸多问题，制备出高质量的氧化镓单晶。在后续的产品中，通过控制晶体生长的温度梯度，就可以继续使用铸造法制备更大尺寸的氧化镓单晶。

本次8英寸氧化镓单晶采用的便是铸造法。

02.

氧化镓为什么受到关注，性能和成本优势

作为第四代半导体，氧化镓是一种超宽禁带的半导体材料。氧化镓单晶禁带宽度约为4.8 eV，击穿电场强度约为8MV/cm，远大于Si(1.1eV，0.3MV/cm)、SiC(3.3eV，2.5MV/cm)、GaN(3.4eV，3.3MV/cm)等材料，这也就意味其更能制备出芯片尺寸更小，功率密度更高的器件。同时，氧化镓的导通特性约为碳化硅的10倍，理论击穿场强约为碳化硅3倍多，在高压环境中也同样适合。这也是为什么氧化镓被认为是实现万伏千安的理想材料。基于氧化镓优异的物理性质，氧化镓在制作高压功率器件和深紫外光电器件等方面具有明显优势。

图3 氧化镓单晶物性参数及氧化镓功率晶体管基准图，来源：镓仁半导体

凭借优异的特性，氧化镓或率先在军用领域探索应用，替代氮化镓成为下一代雷达的主流技术方案，或者与氮化镓一同使用，提升雷达的性能。在民用领域，高压电网、充电桩、新能源汽车等也具备应用潜力。

另外一个优势在于其极低的理论成本。氧化镓的生长过程可以使用常压下的液态熔体法制备，和碳化硅只能用气相法生长相比，制备速度更快，能耗也更低，相应的制备成本理论上也更低。而对于当前主要制约成本的铱坩埚，业内也在努力摆脱对铱的使用。除了镓仁半导体铸造法减少铱的用量外，目前产业界也在探索无铱法制备技术。此前，日本C&A公司就宣布，采用一种铜坩埚的直拉法生长出2寸氧化镓单晶，成本是导模法的1/100。

除了制备氧化镓器件外，氧化镓衬底还可以生长氮化镓外延。这是因为两者的晶格失配仅2.6%，利用氧化镓衬底制备的氮化镓将有效提升器件品质。

此外，氧化镓在切磨抛等加工方面也同样适合产业化。这是因为氧化镓的硬度(6)与Si单晶的硬度(6.5)接近，远小于碳化硅(9.2)，加工过程中所需的时间更短，约为碳化硅的1/10。并且氧化镓也可以直接沿用硅成熟的加工设备技术，无需再次投入。

氧化镓的诸多优势也吸引了整车企业的关注。此前，比亚迪半导体联合江南大学和西安邮电大学组成的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters上发表了一篇名为（利用 ALD 方法制造的金属/n-Ga2O3/p-金刚石异质结二极管的高温性能）的文章，显示其对于氧化镓领域的关注

End.

虽然氧化镓在性能和理论成本上存在着明显的优势，发展速度也在不断加快。但其整体依然处在产业化发展早期，包括热导率较低、P型掺杂困难等诸多挑战也需在后续的发展中得到解决。

不过欣喜的是，以镓仁半导体、中电科55所为代表的国产衬底、外延类企业已经加速其产品开发节奏，并不断推出更大尺寸、更优成本的解决方案，中国本土氧化镓产业链在第四代半导体的产业升级中持续保持与世界同步。