摘要：近年来，第四代超宽禁带半导体材料氧化镓（β-Ga2O3）因禁带宽度达4.9 eV、击穿场强超8 MV/cm等特性，在高压功率器件、深紫外探测领域展现巨大应用潜力。然而，传统导模法（EFG）单晶生长技术因依赖贵金属铱坩埚而导致成本高昂，成为氧化镓产业化的主要瓶颈

近年来，第四代超宽禁带半导体材料氧化镓（β-Ga2O3）因禁带宽度达4.9 eV、击穿场强超8 MV/cm等特性，在高压功率器件、深紫外探测领域展现巨大应用潜力。然而，传统导模法（EFG）单晶生长技术因依赖贵金属铱坩埚而导致成本高昂，成为氧化镓产业化的主要瓶颈。

杭州富加镓业科技有限公司联合中国科学院上海光学精密机械研究所，在《人工晶体学报》2025年第2期“氧化镓晶体与器件”专题（上辑）发表了题为《垂直布里奇曼法生长氧化镓单晶及其性能表征》的研究论文（第一作者：黄东阳；通信作者：贾宁、齐红基）。本文通过自主设计垂直布里奇曼（VB）法生长系统，成功制备出直径3英寸的高质量β-Ga2O3单晶，并实现2.5英寸（100）晶片的加工，为国产化大尺寸β-Ga2O3晶体技术提供了创新解决方案。

论文题录●●

黄东阳, 黄浩天, 潘明艳, 徐子骞, 贾宁, 齐红基. 垂直布里奇曼法生长氧化镓单晶及其性能表征[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(2): 190-196.

HUANG Dongyang, HUANG Haotian, PAN Mingyan, XU Ziqian, JIA Ning, QI Hongji. Growth and Properties of β-Ga2O3 Single Crystal by Vertical Bridgman Method[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2025, 54(2): 190-196.

//文章导读

01.方法创新与生长工艺

研究团队针对VB法温场调控难题，采用动态模拟与实验深度耦合迭代优化的策略（见图1），成功实现了VB法生长大尺寸氧化镓晶体的突破性进展。

图1VB法晶体生长炉模型构造图(a)和模拟计算得到的温度场示意图(b)

1）热场优化设计：建立二维轴对称VB炉模型，综合考虑热传导、固液相变、熔体自然对流等物理过程，形成均匀固液界面，优化轴向温度梯度至5~20 ℃/cm。

2）低成本生长工艺：使用铂铑合金坩埚可在大气环境中直接生长，无需高纯度保护气氛及铱金模具，单炉次制备3英寸晶体锭（见图2(a)），大幅降低原料成本。

图2VB法生长的3英寸β-Ga2O3晶体(a)和双面抛光的β-Ga2O3晶片(b)

3）晶体加工突破：采用退火工艺（1200 ℃，16 h，空气环境）释放应力，沿（100）面切割抛光后，获得最大直径2.5英寸晶圆（见图2(b)）。

02.性能表征与核心数据

1）晶体质量

劳埃衍射斑点清晰对称（见图3），证实晶体无孪晶与晶界缺陷；高分辨X射线摇摆曲线（HRXRD）显示（100）晶面半峰全宽（FWHM）最小为39.6″（见图4），达到国际先进水平。

图3β-Ga2O3晶圆劳埃衍射斑点图

图4晶圆不同点X射线衍射摇摆曲线图

2）光学性能

紫外-可见光谱测试表明（见图5），（100）晶面紫外截止边为257.5 nm，对应光学带隙4.78 eV，与理论值高度吻合；0.36~6 μm宽波段平均透过率超80%，在3~5 μm可调谐激光领域具有一定的应用潜力。

图5β-Ga2O3单晶(100)面全光谱透过率图谱(a)，以及紫外截止边附近透过光谱(b)

03.产业化突破与战略价值

研究团队攻克了大气环境中大尺寸β-Ga2O3晶体生长的关键技术，其成果已具备产业化推广潜力：

论文通过热场仿真模拟与实验验证相结合的方法，首次公开了VB法生长β-Ga2O3的动态温度-熔体对流耦合模型（见图1）。实验采用自主设计的VB生长炉，通过调整硅钼棒加热功率与保温材料结构，精确控制轴向温度梯度，实现晶体稳定生长。晶锭经切割抛光后，通过X射线劳埃衍射、HRXRD、宽谱透射光谱等表征手段，系统验证了晶体的高质量特性。

结论

本工作成功验证了VB法在大尺寸β-Ga2O3单晶制备中的独特优势：低成本、高均匀性、可扩展性强。其技术路线为4~6英寸氧化镓晶圆国产化奠定了基础，对发展新能源汽车、5G通信等领域的高压功率器件具有重要战略意义。

通信作者●●

贾宁，青年人才研究员，博士生导师，入选国家xxxx引才计划、中国科学院海外高层次人才计划、上海市海外高层次人才计划。主要从事宽禁带半导体氧化镓晶体、激光晶体等研究。截至目前，在Adv Mater、J Am Chem Soc、J Mater Chem A、Cryst Growth Des等期刊发表论文40余篇。

齐红基，中国科学院创新促进会优秀会员，上海光学精密机械研究所二级研究员、博士生导师，国家科技部重点研发计划项目负责人，杭州光学精密机械研究所所长，《人工晶体学报》编委。主要从事激光晶体、闪烁晶体及新型半导体氧化镓晶体研究。主持国家及省部级项目20余项，在国际期刊发表论文150余篇。曾获得军队科技进步二等奖、上海市技术发明一等奖等奖项。

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来源：宽禁带联盟