镓仁半导体成功制备VB法(非铱坩埚)4英寸氧化镓单晶

2025年1月，杭州镓仁半导体有限公司（以下简称“镓仁半导体”）在氧化镓晶体生长领域再次取得新进展，通过对自主研发的氧化镓专用晶体生长设备进行迭代优化升级，采用垂直布里奇曼（VB）法成功生长出4英寸氧化镓单晶，这是国内首次实现该项技术突破。该型VB法氧化镓长晶设备及工艺包全面开放销售。

【图1  镓仁半导体VB法4英寸氧化镓单晶底面】

值得一提的是，本次镓仁半导体采用了细籽晶诱导+锥面放肩技术来生长4英寸氧化镓单晶，相较于无籽晶自发成核和等径籽晶技术，更容易确保晶体质量。其中，籽晶与晶体轴向平行于[010]晶向，可加工4英寸(010)面衬底。在此之前，镓仁半导体经历了从等径籽晶生长2英寸单晶到细籽晶诱导+锥面放肩技术生长2英寸单晶的研发过程，最终确定了细籽晶诱导+锥面放肩的路线，并实现了4英寸单晶生长的突破。

在氧化镓单晶衬底常见的主流晶面中，（010）衬底在物理特性和外延方面具有出色的表现。首先，（010）衬底热导率最高，有利于提升功率器件性能；第二，（010）衬底具有较快的外延生长速率，外延匹配度好，是外延优选晶面。

目前，镓仁半导体已推出晶圆级(010)氧化镓单晶衬底产品，该产品面向科研市场，满足科研领域对(010)衬底的需求，促进业内产学研协同合作。

VB法在氧化镓单晶生长方面具有显著优势，正成为行业的新宠，国内外氧化镓衬底制造商均已开始着手布局。

优势1：VB法适用于生长轴向平行于[010]晶向的氧化镓单晶，有利于加工出大尺寸(010)面单晶衬底。

优势2：VB法不使用贵金属铱坩埚，无需考虑坩埚的氧化损耗，与常见使用铱坩埚的生长方法相比，成本大幅降低。

优势3：VB法可采用空气气氛生长单晶，能够有效抑制氧化镓的高温分解，减少因坩埚腐蚀晶体中的夹杂物等缺陷，提升晶体质量。

优势4：VB法温度梯度小，因晶体热应力诱生的位错数量少，晶体质量高。

优势5：VB法晶体在坩埚内生长，晶体直径即坩埚直径，因此无需控制晶体直径，技术难度低且稳定性高，易实现自动化控制。

2024年9月，镓仁半导体推出了首台自研氧化镓专用晶体生长设备，不仅能够满足氧化镓生长对高温和高氧环境的需求，而且能够进行全自动化晶体生长，减少了人工干预，显著提高了生产效率和晶体质量。

镓仁半导体研发团队基于初代设备进行了迭代优化升级，通过优化自动控温系统与内部热场结构，不仅扩大了晶体尺寸、提高了晶体生长稳定性，而且降低了晶体生长成本、提高了设备使用寿命，在氧化镓晶体生长及产业化方面具有突出优势。此外，该设备通过工艺控制可获得多种不同晶面的大尺寸单晶，且支持向更大尺寸单晶的升级，以适应不断发展的外延技术和器件需求。

镓仁半导体氧化镓专用晶体生长设备2.0版的问世将助力国内氧化镓行业再上新台阶。镓仁半导体也可以提供多种晶面的生长工艺文件，实现高度个性化的产品定制，满足高校、科研院所、企业客户对氧化镓晶体生长的科研、生产等各项需求。

杭州镓仁半导体有限公司成立于2022年9月，是一家专注于氧化镓等宽禁带半导体材料研发、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的发展提供产品保障。