半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)獲悉：據(jù)NCT官網(wǎng)消息，日本株式會社 Novel Crystal Technology作為 NEDO“經(jīng)濟安全保障重要技術(shù)培育項目／高輸出·高效率功率器件／高頻器件用材料技術(shù)開發(fā)／β-Ga2O3 晶圓、功率器件及功率模塊的開發(fā)”（以下簡稱“該項目”）的實施單位，近日成功開發(fā)出一種不使用貴金屬坩堝的晶體生長方法。由于該生長方法的特點在于以液滴形式供給原料熔液，因此被命名為 Drop-fed Growth（DG）法。

與傳統(tǒng)的邊緣限定薄膜供料提拉生長技術(shù)（Edge defined film-fed growth，簡稱 EFG 法）相比，DG 法可大幅減少高價值貴金屬銥的使用量，有望將 β- 氧化鎵（β-Ga?O?）襯底的制造成本降至傳統(tǒng)工藝的1/10。

圖 1 采用 DG 法生長的晶體

一、研發(fā)背景

β- 氧化鎵（β-Ga?O?）※1 憑借優(yōu)異的材料特性，可制備低損耗功率器件※2，有望應(yīng)用于家電、工業(yè)設(shè)備、電動汽車等中耐壓（數(shù)百伏）領(lǐng)域，以及鐵路車輛、電力系統(tǒng)等高耐壓（數(shù)千伏）領(lǐng)域所需的電力電子設(shè)備。目前，國內(nèi)外已啟動多個大型國家級 β-Ga?O?研發(fā)項目，材料與器件開發(fā)正全面推進。

NCT 自 2015 年起采用 EFG 法生產(chǎn) β-Ga?O?襯底，但由于原料熔點高達約 1800℃，EFG 法需使用大量耐高溫的貴金屬銥制作原料坩堝，導(dǎo)致成本居高不下。為此，NCT 致力于開發(fā)不依賴銥坩堝的自主 β-Ga?O?晶體生長技術(shù)，并于 2024 年度依托本項目正式啟動研發(fā)。

二、本次研發(fā)成果

通過創(chuàng)新加熱方式與原料供給工藝，公司成功在不使用銥坩堝的條件下，生長出直徑 95 毫米的 β-Ga?O?晶體。

該工藝采用感應(yīng)加熱※3 方式加熱金屬圓筒，提升加熱室內(nèi)溫度，使籽晶表面通過加熱室開口處的輻射熱實現(xiàn)熔融。加熱室開口的特殊設(shè)計可精準控制晶體表面溫度分布，便于根據(jù)晶體直徑調(diào)整最優(yōu)溫度場，助力大口徑晶體生長。同時，通過液滴形式向籽晶表面連續(xù)供給原料熔體，并同步下降晶體，實現(xiàn)了無銥坩堝的晶體生長（見圖 2）。

DG 法核心優(yōu)勢

·不使用貴金屬坩堝，可大幅削減銥的使用量

·直接加熱熔融晶體生長面，易于實現(xiàn)大口徑化

·原料連續(xù)供給，可制備長尺晶體

圖 2 晶體生長裝置示意圖

圖 3 展示了采用 DG 法生長的直徑 95 毫米 β-Ga?O?晶體。其中，A 區(qū)域為籽晶，上方 B 區(qū)域為新生長的晶體。晶體呈圓柱狀，生長長度達 50 毫米。通過摻雜雜質(zhì)，晶體已實現(xiàn) n 型導(dǎo)電特性。β-Ga?O?晶體在僅摻雜 n 型雜質(zhì)時會呈現(xiàn)藍色，本次生長的晶體 B 區(qū)域為深藍色，證實其為 n 型晶體。

圖 3 采用 DG 法生長的晶體（A 區(qū)域為籽晶，B 區(qū)域為生長層）

經(jīng)測算，通過大幅削減貴金屬銥的使用量，DG 法可將β-Ga?O?襯底的制造成本降至傳統(tǒng) EFG 法的 1/10。

目前，DG 法已在全球范圍申請專利，專利布局進展如下：

日本：專利第 7633637 號（已授權(quán)）、特開 2025-061932（審查中）

美國：US 11,725,299 B2（已授權(quán)）、US 12,163,246 B2（已授權(quán)）

歐洲：EP 3 945 147 A1（審查中）

中國：CN 114000188 A（審查中）

三、未來計劃

NCT將持續(xù)推進 DG 法的大口徑化與晶體品質(zhì)提升，計劃于2029 年開始量產(chǎn) 150 毫米（6 英寸）襯底，并于2035 年實現(xiàn) 200 毫米（8 英寸）襯底的量產(chǎn)出貨。

注：本網(wǎng)編譯自NCT官網(wǎng)消息。