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來源：內容來自未來芯研究，謝謝。
氧化鎵是繼Si、SiC及GaN後的第四代寬禁帶半導體材料，是一種效能遠超氮化鎵的無機化合物，已知晶相共6種，包括α，β，γ 等5 種穩定相和1 個瞬態相κ－Ga2O3，其中β 相為熱力學穩定相。Ga2O3熔點約為1793 ℃，高溫下其他相均轉變為β－Ga2O3，透過熔體法只能生長獲得β－Ga2O3單晶。β－Ga2O3在體塊單晶生長方面，相對其他晶相具有明顯優勢。
半導體材料氧化鎵具有耐壓、電流、功率、損耗等優勢，已被國際認可並開啟產業化，氧化鎵是主要用於功率器件和光電器件領域，其可用於探測日盲紫外光、軍用光線探測器、電站、加油站等場景的故障探測，以及功率器件領域。
第三代半導體經過三四十年的發展，已經形成了完整的產業鏈，向著成本不斷降低的方向發展。氧化鎵作為第四代半導體材料，在功率器件和光電應用領域有廣闊的應用前景，具有獨特的材料特性和優勢，氧化鎵想要獲得產業發展，需要材料成本降低、襯底、外延、器件產業鏈發展完善、出現示範性應用等要素。
2012年日本報道了第一顆氧化鎵功率器件，2015年推出了高質量氧化鎵單晶襯底、2016年推出了同質外延片，此後，基於氧化鎵材料的器件研究成果開始爆發式出現。我國氧化鎵的研究則更集中於科研領域，產業化程序剛剛起步，但是進展飛速。
中國在氧化鎵研究方面也開始得非常早，2000年左右就有單位開展相關研究了。近年來，科研院所在努力深入地探究氧化鎵材料的各種特性，需要更豐富的材料來開展研究，而產業界規模化應用則需要大尺寸材料產品來提高效率並降低成本。我國的研究進展集中在科研機構，產業化程序比日本要緩慢，但是比美國要快得多。
然而，氧化鎵的熱導率較低，需要透過封裝等來解決散熱問題。
氧化鎵產業化的優勢
第三代半導體材料效能較好，耐高壓，可用於高功率場景，且功率損耗低，具備節能優勢。碳化矽功率損耗是矽基的七分之一，氧化鎵功率損耗是碳化矽的七分之一，即矽基器件的1/49，可以說是超大幅度節能。
碳化矽常被用作功率器件，在新能源汽車上發揮節電效果。目前市場常用的有銅、金銀等貴金屬，而更好一些的材料，如石墨烯、氮化鋁、金剛石等，散熱效果更好，具備最佳化散熱系統潛力。
氧化鎵成本很低，是唯一一個可以用熔體法生長的寬禁帶半導體材料，其6寸襯底成本三五年內就可以降到1000-1500人民幣，大規模生產後可以降到300元，而同樣尺寸的碳化矽襯底成本大概在4000-5000元，售價超過7000元。
氧化鎵生成晶圓襯底的速度很快，一個小時生長2釐米，是其他材料長速的近100倍。氧化鎵響應波長250-300nm，可以用於探測日盲紫外光，目前這個方向受到科研人員的廣泛肯定。日盲紫外波段的光線無法透過大氣層，可以用該材料當作軍用光線探測器。在電站、加油站等場景，故障早期出現電暈放電情況時也會發出這種紫外的光，可以用氧化鎵防患於未然。
市場對於功率更高、損耗更低、成本更低、效能更好的器件的追求是永無止盡的。禁頻寬度更寬的材料，天然具有更耐高溫、耐輻射、耐高壓、導通電阻低的特點。氧化鎵的禁頻寬度為4.9eV，在耐壓能力上表現優異。
在耐壓能力上，氧化鎵、氮化鎵、碳化矽、矽的擊穿場分別為8、3.3、2.5、0.3MV/cm；在評估材料特性的巴利加優值BFOM上，氧化鎵、氮化鎵、碳化矽、矽分別為3440、536、344、1，數值越大，導通特性就越好。
在散熱率上，氧化鎵的熱導率僅0.27w/cm·k，要低於氮化鎵、碳化矽、矽。目前市場常用的有銅、金銀等貴金屬，而更好一些的材料，如石墨烯、氮化鋁、金剛石等，散熱效果更好，具備最佳化散熱系統潛力。
氧化鎵的未來發展及競爭
氧化鎵作為一種新型半導體材料，涉及襯底、外延和器件三個環節。在化合物半導體行業中，企業一般只研發其中一個環節，但隨著行業的成熟和整合，優勢企業會併購各個環節，以保護技術機密和供應鏈。目前，第三代半導體仍處於野蠻生長狀態，但隨著示範性應用的出現，第四代半導體的時代將會到來。氧化鎵最早可能會在快充和工業電源領域落地，而汽車則會是其未來的爆發點。氧化鎵和GaN存在合作的可能，可以在氮化鎵上長高品質的氧化鎵外延層，但會和碳化矽有一定的競爭。
預計明年會出現一個真正殺手級的應用，可能出現在日本。我們認為最早可能會出現在快充和工業電源上。它的市場門檻比較低，不像汽車，可能需要拿很多資質，如可靠性比較好，而氧化鎵的可靠性天然非常好。
氧化鎵和GaN的晶格失配很小，可以在氮化鎵上長高品質的氧化鎵外延層，有很多團隊都在做這方面工作，也進行了相關報道，只要氧化鎵成本降下來，有成為繼Si和藍寶石以後的第三種平臺型襯底材料的潛力，相當於可以藉著氮化鎵發展，這是一個可以合作的點，但會和碳化矽有一定的競爭，都在力爭挑戰矽基器件的傳統地位。
品質提升需解決材料提純和生產條件控制問題。氧化鎵材料評價標準包括XRD測晶體質量、單晶完整性和缺陷密度。氧化鎵器件公司面臨產線稀缺和裝置成本高的挑戰，但現有矽產線可改造。國內氧化鎵研究團隊多，但創業企業少，需要國家支援。
國內的政策支援
主要的研究團隊：氧化鎵基片晶圓和器件的開發製造商脫穎而出，領先企業主要為三家公司，分別是美國凱馬科技，京都大學的FLOSFIA和日本新晶科技公司。2011年日本的田村公司研發出氧化鎵單晶，並進行了UVLED、紫外探測器的研發。另根據公開的資料顯示，田村在2017年的日本高新技術博覽會上推出了氧化鎵SBD功率器件。美國在2018年也開始了對氧化鎵材料的研究。
據瞭解，目前我國從事氧化鎵材料和器件研究單位，主要是中電科46所、西安電子科技大學、山東大學、上海光機所、上海微系統所、復旦大學、南京大學、南京郵電大學等高校及科研院所；企業方面有銘鎵半導體、深圳進化半導體、北京鎵族科技、杭州富加鎵業、蘇州鎵和、蘇州鎵耀等。其實，近幾年氧化鎵的初創企業發展也比較迅速，很多初創公司開始涉及氧化鎵材料與器件等業務。
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