镓仁半导体实现全球首次12英寸氧化镓晶体等径生长

近日，杭州镓仁半导体有限公司正式对外公布重大技术进展，依托自主研发SCIENCE系列VB法长晶设备，完成全球首次12英寸氧化镓晶体等径生长，标志着大尺寸氧化镓单晶材料从实验室样品迈向产业化制造的关键瓶颈被进一步突破，为第四代超宽禁带功率半导体产业落地奠定重要材料基础。

氧化镓作为新一代超宽禁带半导体材料，其临界击穿电场远高于硅、碳化硅、氮化镓，在高压功率器件领域具备巨大潜力，广泛适配新能源汽车、光伏储能、工业电源、高压电网等场景，被视作下一代功率芯片的核心材料之一。长期以来，大尺寸氧化镓单晶制备一直是产业最大卡点，晶体直径不足、有效等径段短、良率偏低、成本居高不下，持续制约氧化镓器件规模化落地。而在单晶制造流程中，等径生长是晶体产业化落地的核心分水岭，单纯长出大尺寸晶锭并不代表可以直接用于晶圆加工，只有稳定形成直径保持恒定的等径段，晶锭才拥有连续、均匀、可直接进入切磨抛光工序的有效区域。

从产业化逻辑来看，等径段厚度直接决定单根晶锭的衬底产出效率。等径段越厚，一根晶锭能够切割得到的合格衬底片数量就越多，长晶、热场、坩埚等固定成本可以被更多晶圆分摊，单片衬底的制造成本随之下降。在过去的产业实践中，不少团队可以制备出大尺寸氧化镓晶锭，但晶锭大部分区域直径波动较大，仅头尾小段具备加工价值，大部分晶体原料只能作为废料处理，材料利用率极低，无法支撑商业化供货。本次镓仁半导体实现12英寸氧化镓晶体等径生长，解决的正是大尺寸熔体状态下，晶体直径稳定控制这一核心难题，把12英寸氧化镓衬底从概念样品推向可加工的工程化阶段。

相较于6英寸、8英寸衬底，12英寸晶圆是当前全球半导体制造的主流标准尺寸，这也是本次突破另一重核心价值。12英寸氧化镓衬底与现有成熟硅基12英寸产线拥有良好兼容性，下游芯片厂商无需大规模购置全新设备、重建产线，仅需针对性微调部分工艺参数，即可在现有产线上开展氧化镓功率器件研发与试制。这一特性能够大幅削减下游企业的固定资产投入，缩短器件研发验证周期，降低氧化镓芯片导入市场的门槛，加速氧化镓功率器件从研发走向批量验证。反观6英寸、8英寸衬底，更多适配中小规模专用产线，很难接入头部晶圆厂主流12英寸产能，限制氧化镓器件规模化放量空间。

本次成果的底层支撑来自镓仁半导体自研SCIENCE系列VB法（垂直布里奇曼法）长晶设备。官方介绍，这套自研长晶装备温控精度可达±0.1℃，能够精准调控长晶过程中的温度场与固液界面状态，在大尺寸熔体凝固过程中抑制晶体直径漂移，解决大口径氧化镓单晶生长过程中热场不均、应力失控、直径波动等一系列技术难题。同时，企业采用“设备+工艺包”一体化交付模式，不只是提供硬件长晶炉，配套完整长晶工艺体系，实现从2英寸到12英寸氧化镓单晶的快速迭代能力，形成长晶装备、单晶工艺协同迭代的自主技术体系。

VB法作为氧化镓单晶制备的主流路线之一，采用坩埚内定向凝固方式完成晶体生长，拥有热场稳定、晶向选择灵活、利于制备大尺寸晶体等优势。但随着晶体尺寸放大至12英寸，坩埚内部熔体量显著提升，热惯性急剧增大，微小温度扰动就会造成固液界面畸变，引发晶体直径突变、位错与孪晶缺陷增多，因此12英寸等径生长在技术难度上相比小尺寸晶体提升了多个量级。镓仁半导体这套一体化方案，打通了装备硬件、热场设计、长晶工艺的协同壁垒，证明VB法路线具备持续向更大尺寸迭代的潜力，为行业提供了一套可落地的大尺寸氧化镓单晶制备方案。

回顾镓仁半导体的技术发展路径，企业持续深耕氧化镓材料全链条技术，此前已经完成全球首颗8英寸氧化镓单晶衬底研发，并建成全球首条6/8英寸氧化镓同质外延量产线，实现对外批量供货，在衬底、外延两大核心环节持续输出成果。本次12英寸氧化镓晶体等径生长，是企业继8英寸同质外延突破之后，在大尺寸单晶衬底赛道上的又一次跨越式升级，完成了氧化镓单晶在“做大尺寸”与“做厚等径段”两个方向的同步推进，完善从小尺寸研发样品到12英寸工程化晶锭的技术阶梯。