【专家访谈】AGOA首席顾问陶绪堂教授：晶体生长要以质量为本，生长方法要百花齐放，氧化镓产业之路未来才能可期！

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        各种方法都有其优点和缺点。虽然我们有很多的长晶方法，比如：提拉法、导模法、下降法、冷坩埚法、光学浮区法等。提拉法目前国内外最大尺寸是2英寸，目前还没有更大尺寸晶体的报道。提拉法技术相对成熟，可以得到柱状晶体，利于切割可以获得不同取向的晶片，为器件研究提供更多的选择。提拉法生长速度较快，但对于氧化镓来说，由于高温挥发、分解及表面有漂浮物等原因，目前还难以获得更大尺寸的晶体。下降法生长晶体，温度梯度相对较小，在密封的容器中生长，可以避免氧化镓挥发的问题。从日本报道的下降法生长的晶体来看，孪晶相对较少，结晶性更好。但国内目前还没有人用下降法进行氧化镓晶体生长，值得去试试。但是，金属铑会进入晶体中，这个问题还是要想办法解决。国内外都有采用冷坩埚生长氧化镓的方法，这种方法不需要铱金，理论上会比较便宜。但目前在生长晶体的尺寸和质量方面还有待提高。铱金在以前没这么贵，疫情之前，几十万一公斤。2019年疫情后，铱金的价格上涨了很多，大大的增加了成本。这对氧化镓来说是非常不利的事情。本来氧化镓和碳化硅相比，价格优势非常明显，当然，这种情况将随着铱金供应量的变化而变化。氧化镓是唯一的一个可以用熔体法来生长的宽禁带半导体。用熔体法生长晶体的特点就是快。碳化硅主要是用气相法生长，气相法生长的速度相对较慢，直径扩大的难度相对较大，不像熔体法那样可以采用放肩的过程。气相法生长籽晶多大就只能长出比籽晶宽一点的，直径扩大只能一次一次地进行，时间比较长。杨德仁院士提出的铸造法不用导模法的模具，铱金用量相对较少。铸造法的好处是相对简单，就是融化后慢慢降温的铸造过程。目前还面临着没法采用籽晶定向生长等问题。我觉得生长氧化镓，还可以考虑用水热法，不过目前还没见这方面的报道。

        作为半导体材料来讲，还有一个很重要的问题就是掺杂。n型掺杂导模法是可以解决的，但是p型掺杂目前世界上还没有真正的解决方案。我以前跟国内的一些单位讲，在还不知道哪种方法一定胜出的时候，大家还是要探索不同的方法。比如说用长蓝宝石的方法：泡生法。蓝宝石现在可以长得很大，以吨为单位生长。按理说镓和铝属同一族的元素，其氧化物差别不会那么大，泡生法有无可能生长氧化镓？当然，生长方法不能完全照搬，但探索还是值得的。目前国内趋势就是大家容易一窝蜂的往一个方向跑，这其实是个问题。现在国内有不少的初创公司引入资本后，就会格外关注尺寸的问题。我个人觉得还是要先提高质量。质量不好的话，长再大没有用。要实现氧化镓产业化还是需要大家静下心来，认真的提升晶体的质量，在晶体质量提升的基础上再把尺寸长大再降低成本，这才是氧化镓产业化的发展之路。光去赶尺寸不考虑质量的话，其实是有点跑偏了。

        氧化镓具有带隙宽、巴利加优值大等优点，在节能方面会有它的好处，但是我们也不得不承认氧化镓热导率比较低，但我觉得这也不是不能解决的问题。采用减薄，倒装器件结构等方法，可以减轻热的影响。另外，氧化镓的导通电阻比较低，它产生的热也不会像硅基器件那么高。现在基于硅基器件的一个数据处理中心，散热就要消耗很多电能来解决。如果未来用氧化镓期间，它产生的热就会小得多。我认为未来氧化镓的发展还会面临各种各样的问题，需要大家多方向的努力，脚踏实地的攻克这些难关。目前日本下降法已经长到6英寸了，但是铂铑合金中铑进入晶体中的问题也需要去解决。希望大家先沉下心来把晶体长好，在有高质量各类衬底的基础上，发展外延、器件和应用研究，是氧化镓实现产业化的必由之路。