【会员新闻】富加镓业董事长齐红基：籽晶引导生长方法是氧化镓产业化路径的最优解

        籽晶在晶体生长中扮演着“遗传模板”的核心角色。它通过提供精确的晶格框架，引导熔体原子进行有序垒积，从而完全锁定晶体的最终取向，从物理上杜绝了无籽晶自发成核时随机取向带来的孪晶与晶界问题。在此基础上，籽晶结合“缩颈”或“放肩”工艺，能利用位错攀移将自身缺陷排除在新生晶体之外，实现晶体的“自我纯化”，获得极低位错密度。更重要的是，籽晶让晶体生长摆脱了对“随机事件”的依赖，确保了批次间的高度一致性。对于已实现规模化生产的第一代至第三代半导体单晶材料（如单晶硅、砷化镓、磷化铟、碳化硅、氮化镓等），量产技术无一例外采用了籽晶引导生长方法。

        β-Ga₂O₃具有显著的晶体各向异性，采用籽晶引导生长方法除具有以上优势外，还可以通过选择特定取向的籽晶，在生长起点预设目标晶向，已明确验证通过有籽晶的VB法可实现（100）、（010）、（001）和（011）等多种取向氧化镓单晶的生长。日本Novel Crystal Technology（NCT）也将“可灵活制备不同晶向衬底”列为VB法的重要优势之一。

        导模法是氧化镓领域开展最早也是发展最为充分的生长方法，具有晶体质量高、目前验证比较充分等优势。尽管晶体生长过程铱金损耗不大，但设备扩产时铱金坩埚一次投入过多，成为该技术未来规模化应用的最大障碍。VB法不使用铱金坩埚，一方面大幅度降低了资金投入；另一方面，VB法热场稳定，晶体生长温度梯度较小，且可以实现热场耗材的多次重复使用，大幅降低了材料制备成本。富加镓业近期成功生长了等径厚度超70 mm的6英寸氧化镓单晶，可以大幅提升单炉次衬底产出，进一步降低单晶衬底价格。富加镓业已经实现了12英寸单晶生长也进一步推动了单晶衬底价格下降。齐红基表示，未来有望将6英寸氧化镓单晶衬底的价格控制在800元以下。

        国外，日本NCT公司、信州大学，以及美国空军实验室（AFRL）等均开展了VB法氧化镓晶体生长与性能的研究，研究结果证实VB法结晶质量高，衬底性能好。信州大学对VB法和EFG法生长的氧化镓晶体进行了系统的对比研究，发现VB法晶体的FWHM低于EFG法；对晶体进行腐蚀，发现VB法缺陷与EFG法缺陷类似，但VB法的缺陷更小。美国空军实验室还基于VB法生长的氧化镓晶体进行了衬底-外延-器件的全链路验证，得到的器件良率高、电学性能一致性好，证明了VB法制备的氧化镓晶体可靠，可支撑氧化镓功率电子器件的规模化发展。

        富加镓业是国内最早布局VB法氧化镓晶体生长的企业，短短几年，连续实现了3英寸到12英寸单晶技术突破。最新制备的6英寸单晶衬底经第三方机构检测，XRD半高全宽为38.71 arcsec，电阻率均值为16.4 mΩ·cm，电阻率面内不均匀性为6.8%，可满足碳化硅行业对衬底的要求。另外，富加镓业是国内第一家开展MOCVD产业化技术攻关团队，外延薄膜性能国际领先水平。经MOCVD同质外延对比验证，VB法与导模法（EFG）氧化镓衬底上获得的外延层，在晶体质量、表面形貌及电学输运等关键指标性能相当，表明VB法氧化镓衬底能够满足高质量同质外延生长对衬底质量的要求。更进一步，基于外延片制备的垂直型功率肖特基二极管，功率品质因子（PFOM）达3.07 GW/cm²，为迄今为止国际公开发表的基于MOCVD外延片SBD成果中的最高值，其自主研发的同质外延片助力九峰山实验室研制出击穿电压超9000 V的氧化镓横向MOSFET器件，刷新世界纪录。

        未来，结合人工智能方法（富加镓业已布局VB法工艺专利8项，其中国际专利4项；以及设备相关专利4项），晶体生长设备具备自主学习能力，可以实现晶体及外延质量的持续提升。