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【会员新闻】氧化镓衬底成本直降90%！DG法颠覆长晶方法：NCT&NEDO引领行业变革！

日期：2025-12-22阅读：134

日本株式会社 Novel Crystal Technology（总部：埼玉县狭山市，代表取缔役社长：仓又朗人）作为 NEDO“经济安全保障重要技术培育项目／高输出・高效率功率器件／高频器件用材料技术开发／β-Ga₂O₃ 晶圆、功率器件及功率模块的开发”（以下简称“该项目”）的实施单位，近日成功开发出一种不使用贵金属坩埚的晶体生长方法。由于该生长方法的特点在于以液滴形式供给原料熔液，因此被命名为 Drop-fed Growth（DG）法。

与以往采用的 Edge Defined Film-Fed Growth（EFG）法相比，DG 法能够大幅削减作为极其昂贵的贵金属——铱的使用量。由此，可将氧化镓（β-Ga₂O₃）衬底的制造成本降低至以往的十分之一。

图1　采用开发的 DG 法生长的晶体

背景

β-Ga₂O₃^※1 由于其优异的材料物性，可用于制造低损耗的功率器件^※2，预计可应用于家电、工业设备、电动汽车等中耐压（数百伏）市场，以及铁路车辆、电力系统等高耐压（数千伏）市场所需的功率电子设备。因此，在国内外已有多个与 β-Ga₂O₃ 相关、预算规模庞大的国家级项目正在推进，材料开发与器件开发均十分活跃。

NCT 自 2015 年起采用 EFG 法制造 β-Ga₂O₃ 衬底。然而，由于原料熔点高达约 1800℃，在 EFG 法中必须大量使用能够耐受高温的、价格极其昂贵的贵金属铱作为原料容器（坩埚），因此实现低成本化十分困难。为此，NCT 开发了一种不使用铱制坩埚的独自 β-Ga₂O₃ 晶体生长方法，自 2024 年开始在该项目中推进开发工作。

本次成果

通过在加热方式和原料供给方法上的改进，成功在不使用铱制坩埚的情况下生长出直径 95 mm 的 β-Ga₂O₃ 晶体。

采用感应加热^※3对金属圆筒进行加热，通过提高加热室内的温度，使晶体（籽晶）表面受到来自加热室开口部的辐射而被加热熔融。借助该开口部的形状，可更容易地控制晶体表面的温度分布，从而更易实现与晶体直径相匹配的最佳温度分布，有利于实现大口径化。此外，在使晶体下降的同时，以液滴形式连续向晶体表面供给原料熔液，从而无需使用以往所需的铱制坩埚即可进行晶体生长（图2）。

所开发的 DG 法具有以下特点：

・不使用贵金属坩埚，可大幅削减铱的使用量

・对晶体生长面进行加热熔融，易于实现大口径化

・连续供给原料，可制造长尺寸晶体

图2　晶体生长装置示意图

图3 展示了采用 DG 法生长的直径 95 mm 的 β-Ga₂O₃ 晶体。A 部分为籽晶，在其之上的 B 部分为生长得到的晶体。晶体呈圆柱形，晶体生长长度为 50 mm。通过添加杂质使其成为 n 型晶体。当仅添加 n 型杂质时，β-Ga₂O₃ 晶体为蓝色，生长部分呈现深蓝色，可确认其为 n 型晶体。

图3　采用 DG 法生长的晶体
（A 部分为籽晶，B 部分为生长的长度）

据估算，DG 法通过大幅削减贵金属铱的使用量等措施，可将 β-Ga₂O₃ 衬底的制造成本降低至传统 EFG 法的十分之一。

此外，DG 法已在国内外申请专利，并正在推进权利化进程。

・日本：专利第 7633637 号（已授权）、特开 2025-061932（审查中）

・美国：US 11,725,299 B2（已授权）、US 12,163,246 B2（已授权）

・欧洲：EP 3 945 147 A1（审核中）

・中国：CN 114000188 A（审核中）

今后的计划

NCT 将继续推进 DG 法的大口径化和晶体质量提升，计划自 2029 年起出货 150 mm（6 英寸）衬底，自 2035 年起出货 200 mm（8 英寸）衬底。

【注释】
※1　β-Ga₂O₃：由镓和氧构成的化合物，是一种宽禁带半导体。
※2　功率器件：指可控制高耐压、高电流的半导体器件，用于逆变器等电力变换设备。
※3　感应加热：在晶体生长中，通过向线圈通入高频电流产生磁场，使设置在线圈内侧的金属坩埚等产生涡电流并进行加热的方式。

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日本Novel Crystal Technology, Inc. （简称 NCT）是世界上第一家氧化镓衬底、外延及器件的研发及生产型企业。更是集衬底、外延及器件研发和生产于一体的全球氧化镓领域开创者。从氧化镓晶体生长、衬底制作、外延生长一直到器件的研发生产，全部走在世界氧化镓行业最前沿，全力带领氧化镓行业迈向产业化发展之路。

万德思诺集团作为NCT在中国地区的指定代理商，全权负责日本NCT在中国地区的品牌营销、市场推广及售后服务。秉承“引领尖端技术、服务行业客户”的核心理念，以全球领先的尖端技术为引擎，深度定制“材料+设备+工艺”三位一体解决方案，为客户创造不可替代的产业价值‌。

NCT 始终深耕氧化镓这一第四代超宽禁带半导体核心赛道，聚焦氧化镓衬底、外延及器件的全链条研发与生产，以技术创新持续引领行业发展。目前，NCT 的全系列氧化镓产品已通过全球多家知名科研机构与行业头部企业的严苛验证并发布相关成果报告，如需了解更多报告详情请登录万德思诺官网（www.wonder-sino.com）的新闻动态板块。