為什麼氧化鎵5年就做到6吋基板、SiC卻花了15年？關鍵技術差異解析

繼碳化矽（SiC）與氮化鎵（GaN）之後，被視為第四代超寬能隙（Ultra-wide Bandgap）半導體材料的氧化鎵（β-Ga₂O₃），正逐步從研發走向量產驗證。

日本Novel Crystal Technology（NCT）是全球最早投入氧化鎵商業化的企業之一，成立於2015年，由日本田村公司（Tamura Corporation）、日本情報通信研究機構（NICT）及東京農工大學等技術合作衍生而成，專注於氧化鎵單晶基板、同質磊晶片及晶體生長技術開發。

該公司已開始已開始交付6吋氧化鎵晶圓樣品，並規劃2027年提供6吋磊晶片樣品、2029年啟動全面量產、2035年進一步開發8吋晶圓。

緊接著，中國杭州鎵仁半導體今日更宣布，公司已率先建成全球首條6/8吋氧化鎵同質磊晶量產線，並開始向晶片客戶供貨，顯示氧化鎵產業化進程正加速推進。

對半導體產業而言，這項突破的意義不只是多了一種新材料，而是有機會改善目前SiC與GaN在成本、製程及量產效率上的限制。

氧化鎵最大的優勢，不只是耐壓，而是製造成本

目前SiC與GaN雖然已廣泛應用於新一代功率元件，但兩者仍主要採用氣相法生長單晶，不僅生長速度慢，每小時僅能生長數百μm，製造成本也相對較高。

相較之下，氧化鎵可採用熔融法（Melt Growth）直接生長單晶，每小時生長速度可達數十毫米（mm），約為氣相法的100倍，不僅可提高單晶產出效率，也有助於降低晶體製造成本。

此外，氧化鎵另一項優勢來自加工特性。

由於材料硬度接近傳統矽（Si），不像SiC及GaN硬度極高，因此基板切割、研磨及拋光可沿用既有矽晶圓設備，不需建立全新的加工流程，可望進一步降低製造成本與設備投資。

另一方面，氧化鎵的大尺寸基板開發速度明顯較快。SiC從1997年至2012年約花費15年才完成6吋基板技術，而氧化鎵僅約5年（2012年至2017年）便完成6吋基板開發。

綜合幾點來看，氧化鎵目前具備四項主要技術優勢，包括：

• 超寬能隙材料，可支援更高耐壓與更低功率損耗

• 熔融法長晶速度約為氣相法100倍

• 可利用既有矽晶圓加工設備切割與拋光

• 大尺寸基板開發速度較快，有利於未來降低成本

真正的突破，在於量產能力開始建立

然而，材料性能優異並不代表能夠商業化。

過去氧化鎵最大的瓶頸，不在材料本身，而是在量產能力，包括大尺寸基板不足、同質磊晶品質不穩定、批次一致性不足，以及完整製程尚未建立，因此一直停留在研究階段。

杭州鎵仁半導體此次宣布，已建立全球首條6/8吋氧化鎵同質磊晶量產線，並完成「單晶－基板－磊晶」完整製程。

公司表示，透過自主開發的鑄造式單晶長晶技術與MOCVD磊晶製程，不僅將基板產能提升至原先的3至4倍，更因大幅降低銥（Iridium）使用量，使每片基板成本下降超過80%。

另一方面，公司也完成全球首款商業化6吋氧化鎵同質磊晶片量產，磊晶厚度超過10 μm，厚度均勻性控制在1%以內，目前已有海外企業及研究機構開始下單，部分客戶也已建立長期採購關係。

這個進展氧化鎵的發展已不再只是材料研究，而是開始建立可供應晶片製造所需的量產能力。

是否取代SiC、GaN，仍取決於商業化速度

儘管氧化鎵展現成本與製程優勢，但目前仍處於產業化初期。

從目前公開資訊來看，市場真正觀察的焦點已逐漸由材料性能，轉向量產良率、批次穩定性、客戶驗證，以及是否能建立完整供應鏈。

換言之，氧化鎵現階段並非立即取代SiC與GaN，而是提供功率半導體另一種技術路線。未來若量產品質持續提升、基板成本進一步下降，並完成更多客戶導入驗證，才有機會逐步擴大市場滲透率。

因此，現階段最值得關注的不只是氧化鎵「能不能做」，而是「能不能大量且穩定地製造」。隨著6吋、8吋量產線陸續建立，氧化鎵已開始跨越研發階段，後續商業化進程將成為觀察第四代功率半導體發展的重要指標。