从2022年美国商务部对氧化镓和金刚石两种半导体衬底实施出口管制以来，氧化镓就受到了业界前所未有的关注。作为备受期待的第四代半导体，氧化镓的商业化故事，长期受限于材料量产和器件工艺的瓶颈。其两大主要应用方向——功率器件与光电探测器，至今仍未实现真正的大规模应用。
不过，最近一段时间，氧化镓领域接连传来令人振奋的消息，涵盖材料和器件层面。有业内人士感慨，氧化镓材料的发展速度惊人，“四年走完了碳化硅材料30年走的路程”。而实验室中的氧化镓 FET 器件的耐压能力，更是轻松突破了9000V大关。
对比之下，直到今年3月，行业巨头Wolfspeed才正式发布了业界首款商用的10kV SiC MOSFET。这足以让我们窥见未来氧化镓器件所蕴含的巨大性能潜力。
中日氧化镓产业狂飙
第四代半导体最核心的特性之一就是“超宽禁带”。其禁带宽度通常在4eV以上（例如金刚石为5.5eV，β-Ga₂O₃为4.2-4.9eV）。作为参照，第三代半导体中的碳化硅禁带宽度为3.2eV，氮化镓也只有3.4eV。更宽的禁带意味着更高的击穿电场强度，反映到器件上，就是更高的耐压值。以主流的β结构Ga₂O₃材料为例，其击穿电场强度高达约8MV/cm，是硅材料的20倍以上，也比碳化硅和氮化镓高出一倍有余。
目前，在氧化镓单晶衬底领域，日本企业优势明显。国际氧化镓衬底市场几乎被Novel Crystal公司所垄断。凭借衬底端的先发优势，日本在器件产业化方面也走在前面。不过，中国近年来在大尺寸氧化镓衬底研发上进展神速，在晶圆级器件流片等方面正逐步追赶国际领先水平。
今年2月27日，Novel Crystal实现了一项产业里程碑式的突破：宣布从3月开始供应6英寸β-Ga₂O₃衬底样品。这标志着氧化镓功率器件开始迈入规模量产应用的时代。该公司表示，通过提供高质量的单晶基板，能够帮助合作伙伴提前开展外延生长和工艺开发，从而为2029年的大规模生产计划做好准备。
根据规划，Novel Crystal将在2027年开始生产6英寸β-Ga₂O₃外延片样品；在2029年，利用其创新的DG工艺实现6英寸β-Ga₂O₃外延片的大规模量产，并依托该工艺获得极具竞争力的成本优势；其长远目标是在2035年为市场提供8英寸规格的β-Ga₂O₃衬底。据称，DG工艺是一种无需使用贵金属坩埚的新一代单晶生长技术，能大幅降低材料和设备成本。
国内方面，富加镓业、镓仁半导体、镓和半导体、铭镓半导体等公司均在氧化镓单晶衬底尺寸上实现了重大突破。
例如在今年3月，镓仁半导体在国际上首次成功实现了高质量的8英寸氧化镓同质外延生长。这一成就直接解决了氧化镓大规模应用的核心难题——大尺寸、高质量外延层的制备，为氧化镓功率器件的规模量产奠定了坚实基础，将有力推动氧化镓SBD、MOSFET等器件的商业化进程。
就在最近，富加镓业宣布在国际上首次成功制备出12英寸氧化镓单晶，刷新了全球氧化镓单晶尺寸的最高纪录。此前，全球氧化镓单晶的主流尺寸在2至6英寸之间，富加镓业已于2025年12月联合上海光机所实现了8英寸VB法单晶的国际首发。12英寸单晶的成功制备，意味着其直径直接跃升至与主流硅功率器件产线完全兼容的水平，这背后离不开对精密 晶体生长技术 的深刻理解和持续优化。
衬底尺寸的扩大，一直是半导体行业优化成本的关键路径。碳化硅自2022年进入8英寸时代后，市场规模随着衬底成本的下降而快速扩大，其器件在新能源汽车上的应用也从最初的高端车型专属，迅速下沉到10万元级别市场。
氧化镓衬底的发展速度则更为惊人，在短短三年内从主流的2-4英寸，迅速突破至8英寸乃至12英寸。要知道，12英寸晶圆的面积约为8英寸的2.25倍、6英寸的4倍以上。这意味着单片衬底上可切割出的器件数量大幅增加，单位成本将得到显著摊薄，这将有力推动氧化镓功率器件（包括SBD、MOSFET等）从实验室的“奢侈品”走向工业级的可商用产品。
氧化镓功率器件的量产困境
去年，一家名为Gallox semiconductors的初创企业引起了行业关注。这家由康奈尔大学孵化的公司，声称是全球首家将氧化镓器件商业化的企业。Gallox致力于解决氧化镓器件的制造挑战，包括制造更薄的芯片以提升性能、在更大晶圆尺寸下实现可靠生产、优化热管理、建立代工厂和封装流程等。他们列举的技术优势包括：更高效率（节省电力、减少废热）、更小尺寸（降低总电阻和导通损耗）、更高功率密度（减小系统尺寸和复杂性）、更高频率（允许使用更小、更轻的电容电感）、更坚固（适用于恶劣环境）以及更低的成本。
Gallox表示，其氧化镓二极管的峰值电压比碳化硅二极管大三倍，比硅二极管大28倍。氧化镓晶体管的电流密度可以高达1 kA/cm²，而传统硅晶体管普遍低于100A/cm²，碳化硅晶体管通常在200-500 A/cm²。不过，该公司目前产品仍处于工程样品阶段，主要以氧化镓SBD为主。
同样在去年4月，Novel Crystal全球首发了全氧化镓基平面SBD产品，同样提供的是验证样品，主要用于支持科研和早期客户评估。
可以看到，主要企业的氧化镓器件目前大多仍处于“科研级”或“样品级”阶段。那么，阻碍氧化镓功率器件实现真正大规模量产的根本原因是什么？
这要从材料特性说起。Ga₂O₃存在受主能级深、空穴有效质量大、自补偿与自陷效应严重等问题，这导致其p型导电率极低且不稳定。因此，难以实现稳定的pn结，无法制造双极型器件，从而难以完全发挥氧化镓理论上的超高击穿场强等优势。这对商业化是致命的，因为如果性能无法对现有的SiC等器件形成代差优势，而成本又更高，在商业上将毫无竞争力。
在实验室中，研究人员尝试通过NiO异质结、能量驱动相变或特定掺杂等方式来实现pn结或常关结构，例如日本FLOSFIA公司的α-Ga₂O₃ MOSFET。但在晶圆级实现稳定、高激活率的p型掺杂仍是未突破的难题，难以规模化。
另一个关键挑战是散热。氧化镓的热导率仅为硅的1/5左右，远低于SiC和GaN，在高功率密度下自热效应严重，容易导致性能退化、热失效或可靠性下降。在电网等高功率应用场景中，散热问题将成为主要瓶颈。目前主流的解决方案是引入金刚石或石墨烯等作为缓冲层来提高散热能力，但整体来看，业界仍未形成一个成熟、经济高效的封装方案。这也引发了关于 计算机架构 与系统设计如何适应新材料特性的新思考。
小结
站在2026年的节点来看，氧化镓可能正处于爆发的前夜。大尺寸材料接连取得突破，散热和p型问题在实验室中也有了初步的解决方案。然而，从“可以演示”到“能够量产、高可靠、低成本”，中间仍然横亘着多重技术门槛。
行业普遍认为，未来2-3年有望解决良率、一致性和可靠性等工程问题。预计在2027-2029年之后，氧化镓器件有望在特定的中高压领域，如工业电源、快速充电桩、电网设备等，进入小批量验证和应用阶段。整个半导体行业都期待着这匹“黑马”能带来新的变革。想了解更多前沿技术动态和深度解析，欢迎来 云栈社区 交流讨论。
发表于 5 小时前
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