第四代半导体突围：中国氧化镓技术“全链条”破局

半导体产业摩尔定律正逐渐逼近物理极限，寻找新材料成为延续算力与能效革命的重要选择。如果说碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）是当下功率半导体领域“宠儿”，那么氧化镓则是正在冉冉升起的“第四代半导体”新星。

凭借超宽禁带特性，氧化镓拥有理论上10倍于硅、3倍于碳化硅的击穿场强，其巴利加优值（BFOM）更是硅的3000倍以上。更重要的是，氧化镓是唯一可以通过低成本“熔体法”生长的宽禁带半导体，这意味其晶圆成本理论上可逼近蓝宝石甚至硅，彻底解决第三代半导体“贵”的痛点。

过去一年，中国科研机构与企业在大尺寸单晶制备、外延生长及高性能器件研发等产业链环节取得了一系列关键技术突破，初步构建了具有国际竞争力的国产化技术体系。

01、单晶制备：大尺寸与高质量的双重突破

衬底是半导体器件的物理基石。2025年，中国企业在氧化镓单晶衬底的尺寸突破与质量提升上实现了一系列重要进展，为产业化推进奠定了材料基础。

在核心的晶体生长环节，2025年3月，杭州#镓仁半导体 成功制备全球首颗8英寸氧化镓单晶，并可加工相应晶圆衬底，实现了氧化镓单晶尺寸的年度升级纪录。2025年10月，镓仁半导体基于自主研发的氧化镓专用晶体生长设备，采用垂直布里奇曼法（VB法）成功实现了6英寸（010）面氧化镓晶体生长，且等径段长度超过40mm。同年12月，镓仁半导体成功实现垂直布里奇曼法8英寸氧化镓单晶生长，8英寸等径长度可达20mm。

杭州#富加镓业 于2025年9月宣布，采用垂直布里奇曼法（VB法）成功制备出高质量的6英寸氧化镓单晶。相较于传统的导模法（EFG），VB法在降低晶体位错密度方面具有显著优势，且设备成本更低，其制备的晶体等径高度已超过30mm。同年12月 ，中国科学院#上海光机所 联合杭州富加镓业，在国际上首次采用垂直布里奇曼法制备出8英寸氧化镓晶体，刷新国际VB法氧化镓晶体尺寸纪录。此次成果标志着氧化镓晶体在尺寸与制备工艺上的持续突破，为高压功率器件和大规模产业化应用奠定了基础。

2025年中国在氧化镓单晶制备领域实现了从6英寸到8英寸的快速迭代，并在晶体质量、等径长度等关键指标上不断突破，为后续产业化提供了坚实的材料基础。

02、外延生长：同质与异质技术的并行发展

外延生长是在半导体衬底上 “克隆” 高质量薄膜的过程，主要分为同质外延与异质外延技术两类，同质外延特指在相同材料的衬底上进行外延，异质外延是指在其他材料的衬底（如蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓等）上生长氧化镓外延层。

2025年，国内企业在同质与异质外延领域均取得了显著成果。

2025年8月，#铭镓半导体 在氧化镓氢化物气相外延（HVPE）技术领域取得了显著进展，成功实现了高质量同质及异质外延厚膜的生长，其关键技术指标已达到国际领先水平。

同质外延方面，铭镓半导体采用HVPE技术成功制备出1⁓20μm厚度可控的高质量氧化镓外延膜。经过X射线衍射（XRD）测试，膜层的半高宽仅为36arcsec，这一数据处于全球最佳范围内（30-100arcsec），显示出其出色的结晶质量。同时，表面粗糙度Rq低至0.13nm，综合性能达到了全球领先水平。在异质外延方面，铭镓半导体在蓝宝石衬底上成功实现了高纯α相氧化镓的外延生长。其特征峰的半高宽仅为24.5arcsec，表面粗糙度Rq达到2.42nm，显示出极高的结晶质量，跻身国际第一梯队（国际最优值为18⁓30arcsec）

2025年9月，#镓仁半导体 成功实现了高质量6英寸氧化镓同质外延生长。外延片检测结果显示：外延层厚度＞10μm，均匀性优异，膜厚方差σ<1%；外延质量优异，高分辨XRD摇摆曲线半高宽＜40arcsec；外延层载流子浓度均值为1.8e16cm⁻³。

2025年10月，基于#富加镓业 MOCVD氧化镓外延片，福州大学实现国际领先性能的垂直型功率肖特基二极管；同时，富加镓业在氧化镓 MOCVD同质外延方面取得新进展，经权威机构测试，其厚膜外延片迁移率达到181.6 cm²/V·s，相关6英寸外延片已进入器件流片阶段。

2025年，#镓创未来 通过自主研发的HVPE（氢化物气相外延）设备与工艺，在实现大尺寸、厚膜、高迁移率的同时，在宽掺杂浓度范围等关键性能指标上取得突破，实现异质外延片的稳定生产。

以上进展表明，中国在外延技术层面已具备覆盖同质与异质体系的能力，并在薄膜质量、均匀性及掺杂控制等核心指标上达到国际先进水平，为多样化器件开发提供了关键支撑。

03、器件创新：从结构设计到性能飞跃

在材料与工艺突破的支撑下，2025年至2026年初，中国科研团队在氧化镓功率器件的结构创新与性能提升上成果频出。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米加工平台开发了多鳍通道欧姆接触阳极β-氧化镓二极管（MFCD），实现超低漏电的千伏级击穿电压；同时研制出高性能增强型垂直β-氧化镓多鳍晶体管，创下4.3mΩ·cm²最低比导通电阻纪录。两项成果为高温高压应用场景提供了全新解决方案，相关成果发表于国际顶级会议。

在超高压应用领域，西安电子科技大学郝跃院士团队成功研制出基于氧化镓/碳化硅异质结的超高压肖特基势垒二极管（SBD）。该器件利用异质结优化电场分布，在保持低导通电阻的同时，将击穿电压提升至8kV以上，并已在电网输变电模拟环境中通过初步可靠性测试。

2026年初，深圳平湖实验室第四代半导体团队在氧化镓光导开关器件研究方面取得重要进展，成功研制出具备万伏级耐压能力的垂直结构光导开关器件。该团队和山东大学肖龙飞教授团队紧密合作对该器件进行了系统性分析，实现了动态导通电阻低于10欧姆和电压转换效率超过80%的综合优异性能，同时，其开启响应时间进入亚纳秒（＜1ns） 量级，标志着我国在高性能光控功率半导体器件领域取得显著进展。

从二极管到晶体管，再到光导开关，中国在氧化镓器件领域的创新已覆盖多种结构与应用场景，并在击穿电压、导通电阻、开关速度等关键性能指标上不断刷新纪录，展现出强大的技术研发活力。

04、结语

从大尺寸单晶制备、精密外延生长到高性能器件创新，中国在氧化镓技术全链条上已取得系统性突破，初步形成了自主可控的产业技术体系。

尽管目前仍处于产业化初期，面临良率提升、成本优化与长期可靠性验证等工程挑战，但持续涌现的技术成果正不断夯实其应用基础。展望未来，随着生态链的进一步完善与产线的逐步建立，氧化镓有望在智能电网、新能源汽车、工业电源及脉冲功率等领域开辟出全新的市场空间，真正成为第四代半导体技术突围的关键力量。

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