芯耀
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在 2026年日本应用物理学会春季会议 上，来自名古屋大学低温等离子体科学中心的研究团队联合大学孵化企业 NU-Rei Co Ltd，公布了氧化镓（Ga₂O₃）材料生长技术的六项重要进展。其中最受关注的成果是首次在硅衬底上实现氧化镓薄膜的外延生长，为降低器件成本并改善散热性能提供了新的技术路径。
氧化镓是一种具有超宽禁带的半导体材料，在理论上可实现更高耐压功率器件，同时其原材料储量相对丰富、成本较低，因此近年来在电动汽车、电力转换系统以及航天等领域受到越来越多关注。研究团队表示，此次公布的六项成果覆盖了氧化镓器件制造所需的关键工艺环节，为该材料迈向产业化提供了重要技术支撑。
这些研究进展是在 名古屋大学 于2025年9月公布的氧化镓 p型控制技术突破基础上进一步发展的。目前相关技术正通过 NU-Rei Co Ltd 推进商业化，目标是推动氧化镓在高电压、高频以及与硅平台集成的功率器件中的应用。
新型氧自由基源成为核心技术
本次研究的核心技术是一种新开发的高密度氧自由基源（High-Density Oxygen Radical Source，HD-ORS）。与传统氧源相比，该技术可将薄膜生长过程中可利用的原子氧密度提高约一倍。
更高的氧密度能够显著促进将镓亚氧化物转化为目标氧化镓（Ga₂O₃）的化学反应，同时抑制挥发性副产物的生成，从而避免这些副产物从表面逸出并限制薄膜生长速度。该氧源技术可兼容分子束外延（MBE）和物理气相沉积（PVD）两种工艺。
全流程关键技术突破
围绕氧化镓外延生长与器件制造，研究团队在多个关键环节取得了进展：
HD-ORS氧源开发
研究人员采用臭氧与氧气混合气体设计了新型氧源，使原子氧密度提升至传统技术的两倍，可同时适用于MBE和PVD工艺，为后续高效率外延生长奠定基础。
高速MBE同质外延生长
借助HD-ORS技术，团队在300℃条件下，在锡掺杂氧化镓衬底上实现了β-Ga₂O₃同质外延生长，生长速率达到每小时1微米。通过X射线衍射（XRD）和反射高能电子衍射（RHEED）确认了(001)晶面的外延生长。较低的生长温度有助于减少热应力，并提高与其他器件结构的兼容性。
高速PVD同质外延生长
在PVD工艺中引入HD-ORS后，研究团队成功获得稳定的(001)取向同质外延薄膜，生长速率超过每小时1微米，接近传统MBE工艺的10倍，为未来工业化大规模生产提供了可能。
硅衬底预处理技术
针对硅衬底外延生长问题，研究团队建立了一种预处理工艺：通过湿法化学清洗结合在硅表面吸附单原子层镓的方法，防止加热过程中表面重新氧化。这一工艺被证明是实现后续异质外延生长的关键步骤。
首次实现硅基异质外延
研究人员在2英寸Si(100)晶圆上成功实现了氧化镓异质外延生长，并通过热处理确认形成单晶结构。相比原生氧化镓衬底，硅衬底成本显著更低，同时其更高的热导率也有助于解决氧化镓材料散热能力不足的问题。
通过NiO扩散层实现p型特性
镓基半导体通常难以实现p型掺杂，而p型材料是构建功率器件pn结的关键。研究团队通过镍离子注入和退火工艺，在材料中形成梯度分布的氧化镍（NiO）扩散层，从而获得p型特性。实验表明，在氧化镓和氮化镓衬底上均观察到了pn结行为，其电流密度约为传统镍肖特基二极管的两倍。
总体来看，这些研究成果在材料生长、衬底工程以及器件结构等多个方面取得突破，为氧化镓功率器件的产业化奠定了重要基础。
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