日本名古屋大学与NU-Rei研究团队近期宣布，在全球范围内首次成功实现了在硅（Si）基板上进行氧化镓（Ga2O3）的异质外延生长。这一突破性成果将于2026年3月在日本应用物理学会春季学术讲演会上正式公布，标志着日本在第三代半导体材料制备领域再次领跑全球。
氧化镓作为极具潜力的超宽禁带半导体材料，其商业化进程长期受制于缺乏合适的低成本衬底。传统上，氧化镓多生长在昂贵的同材质衬底上，而此次团队利用硅基板作为基底，不仅大幅降低了材料成本，更解决了异质外延中晶格失配和热膨胀系数差异带来的技术难题。该成果由名古屋大学低温等离子体科学研究中心的堀胜、小田修、清水尚博等教授领衔，并计划由该校孵化企业NU-Rei负责后续的实际应用转化。
此次发布的六大研究成果中，核心突破在于开发了一种高密度氧自由基源（HD-ORS）。该技术将分子束外延（MBE）或物理气相沉积（PVD）过程中的原子态氧密度提升至传统方法的两倍。基于此，团队在仅300℃的低温环境下，实现了每小时1微米的高速氧化镓同质外延生长，沉积速度达到常规MBE技术的10倍。此外，团队还创新性地结合了湿法清洗与镓朗缪尔吸附前处理工艺，有效防止了硅基板在生长前的氧化，为高质量异质外延奠定了基础。
在器件验证方面，研究团队成功在2英寸硅（100）基板上完成了氧化镓异质外延，并利用NiO扩散层实现了p型氧化镓半导体的构建。测试数据显示，基于该工艺形成的pn结特性优异，其电流密度达到了镍肖特基二极管的2倍。这一系列进展不仅验证了硅基氧化镓在功率器件应用中的可行性，也为未来高性能、低成本的电力电子芯片开发提供了关键的材料生长工艺支撑。
对于中国半导体行业而言，日本在硅基宽禁带半导体外延工艺上的突破值得高度关注，这提示我们在追求材料性能的同时，必须同步攻克低成本衬底上的高质量外延难题，以加速第三代半导体在新能源汽车和智能电网领域的国产化替代进程。