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氧化鎵作為第四代半導體材料，具有獨特的材料特性和優勢，但其產業化仍面臨著成本、器件產業鏈和示範性應用等問題。NCT公司作為氧化鎵市場的領先者，需要克服各種困難，以保持其在全球氧化鎵市場的領先地位。氧化鎵在功率器件和光伏應用領域有廣闊的應用前景，但其不可替代性仍需進一步證明。
第四代半導體材料氧化鎵具有耐壓、電流、功率、損耗等優勢，已被國際認可並開啟產業化。日本在氧化鎵研究上最前沿，中國科技部將其列入十四五重點研發計畫。氧化鎵想要獲得產業發展，需要材料成本降低、襯底、外延、器件產業鏈發展完善、出現示範性應用等要素。日本東北大學聯合C&A公司報導了無銥工藝，從關鍵材料端角度讓低成本氧化鎵成為可能。
1.第三代半導體經過三四十年的發展，已經形成了完整的產業鏈，向著成本不斷降低的方向發展。而氧化鎵則仍處於一個研究繼續深入，產業化初步開始的階段。
2.氧化鎵在耐壓、電流、功率、損耗等維度都有其優勢，此前被用於光伏領域的應用，直到2012年開始，業內對它更大的期待變成用於功率器件，全球80%的研究單位都在朝著該方向發展。氧化鎵是被國際普遍關注並認可已開啟產業化的第四代半導體材料。
3.日本在氧化鎵研究上是最前沿的。2012年日本報導了第一顆氧化鎵功率器件，2015年推出了高品質氧化鎵單晶襯底、2016年推出了同質外延片，此後，基於氧化鎵材料的器件研究成果開始爆髮式出現。中國氧化鎵的研究則更集中於科研領域，產業化處理程序剛剛起步，但是進展飛速，今年中國科技部將氧化鎵列入十四五重點研發計畫，讓第四代半導體獲得更廣泛關注。
4.一個材料產業的發展，需要材料、器件、模組、應用等多個環節形成完整循環。目前，第三代半導體材料已發展出完整的產業鏈，且向著成本不斷降低的方向發展；而氧化鎵則仍處於一個研究繼續深入，產業化初步開始的階段。氧化鎵想要獲得產業發展，需要具備至少3個要素：材料成本降低，足以用於產業；襯底、外延、器件產業鏈發展完善；出現示範性應用。
5.此前，氧化鎵襯底主要採用導模法（EFG法）進行生產，由於EFG法需要在1,800℃左右的高溫、含氧環境下進行晶體生長，對生長環境要求很高，需要耐高溫、耐氧，還不能污染晶體等特性的材料做坩堝，綜合考慮性能和成本只有貴金屬銥適合盛裝氧化鎵熔體。銥價格昂貴，價格是黃金的三倍，6英吋裝置需要幾公斤的銥，相當於一大塊黃金，僅坩堝造價就超過600萬，從大規模生產角度很難擴展裝置數量。銥只能依賴進口，給供應鏈帶來很大風險。
6.值得關注的是，日本東北大學聯合C&A公司報導了無銥工藝，從關鍵材料端角度讓低成本氧化鎵成為可能，也推動整個產業鏈的發展處理程序。
7.氧化鎵想要獲得產業發展，需要具備多個要素，目前產業化處理程序仍處於初步階段。但是，從氧化鎵的優勢、國際認可、日本的研究進展、中國科技部的重視、無銥工藝的出現等方面來看，氧化鎵的前景廣闊。
8.第三代半導體經過三四十年的發展終於獲得市場認可迎來發展機遇。此後，第三代半導體在新能源車、消費電子等領域快速發展開來，並逐漸從熱門場景向更多拓展場景探索。氧化鎵的發展將推動新能源車、消費電子等領域的快速發展，也將為中國半導體產業的發展注入新的活力。
氧化鎵是第四代半導體材料之一，具有超寬禁帶，可用於高功率、高頻率電子器件。日本率先在氧化鎵領域取得產業化成果，推動了全球氧化鎵研究的發展。中國也在氧化鎵研究方面取得了進展，但產業化處理程序相對緩慢。第四代半導體材料還包括金剛石和氮化鋁，但目前只有氧化鎵已經實現大尺寸突破，預計未來3-5年可以實現大規模應用。
1.超禁帶半導體是指禁頻寬度超過3eV的半導體材料，分為超窄禁帶和超寬禁帶兩種。超窄禁帶材料禁頻寬度在零點幾電子伏特，比超窄禁帶更窄的材料則稱為導體。超寬禁帶材料包括禁頻寬度在4.9eV的氧化鎵、金剛石、氮化鋁等，當禁頻寬度超過6.2eV，基本上就是絕緣體。超禁帶半導體將會是最後一代半導體。
2.日本的氧化鎵研究最早出現於2012年，資訊通訊研究機構報導了全球第一個氧化鎵功率器件，是一顆場效應電晶體（MESFET），此後不久又報導了肖特基勢壘二極體（SBD）。2015年以後，日本NCT公司陸續推出高品質的氧化鎵襯底和同質外延片，為科研院所提供了基礎研究材料。日本率先在氧化鎵領域取得產業化成果，推動了全球氧化鎵研究的發展。
3.中國在氧化鎵研究方面也開始得非常早，2000年左右就有單位開展相關研究了。近年來，科研院所在努力深入地探究氧化鎵材料的各種特性，需要更豐富的材料來開展研究，而產業界規模化應用則需要大尺寸材料產品來提高效率並降低成本。中國的研究進展集中在科研機構，產業化處理程序比日本要緩慢，但是比美國要快得多。
4.到2019年，在中國半導體事業奠基人黃昆先生誕辰一百周年紀念日上，幾十位院士、數百位專家共同定義了超禁帶半導體，也稱為第四代半導體，並以大規模實現產業應用為判定標準。第四代半導體材料包括氧化鎵、金剛石、氮化鋁等，其中只有氧化鎵已經實現大尺寸突破，預計未來3-5年可以實現大規模應用。
5.氧化鎵是第四代半導體材料之一，具有超寬禁帶，可用於高功率、高頻率電子器件。氧化鎵的禁頻寬度在4.9eV，比氮化鎵和碳化硅都要寬，具有更好的電學性能。氧化鎵器件的優點包括高電子遷移率、高擊穿電場強度、高溫穩定性等。氧化鎵器件的應用領域包括電力電子、光伏子、無線通訊等。
6.目前，氧化鎵的產業化處理程序相對緩慢，主要集中在科研機構。日本率先在氧化鎵領域取得產業化成果，推動了全球氧化鎵研究的發展。中國也在氧化鎵研究方面取得了進展，但產業化處理程序相對緩慢。氧化鎵材料的中國國產化、低成本化呼聲越來越高。
7.第三代半導體是指寬禁帶半導體，包括碳化硅（SIC）和氮化鎵（GaN）這兩種禁頻寬度超過3eV的材料，剛剛開始大規模應用。第三代半導體材料具有高電子遷移率、高擊穿電場強度、高溫穩定性等優點，可用於高功率、高頻率電子器件。
8.第四代半導體中的超寬禁帶指的是氧化鎵、金剛石、氮化鋁等材料，其中只有氧化鎵已經實現大尺寸突破（6英吋），預計未來3-5年可以實現大規模應用，由日本引領風潮。第四代半導體材料具有更好的電學性能和更廣泛的應用前景，將成為未來半導體產業的重要發展方向。
氧化鎵是一種成本低、節能、生長速度快、禁頻寬度寬的寬禁帶半導體材料，具備用於功率器件和光伏器件的潛力。其可用於探測日盲紫外光、軍用光線探測器、電站、加油站等場景的故障探測，以及功率器件領域。然而，氧化鎵的熱導率較低，需要通過封裝來解決散熱問題。
1.第三代半導體材料性能較好，耐高壓，可用於高功率場景，且功率損耗低，具備節能優勢。氧化鎵成本低、節能的優點更為突出。
2.碳化硅功率損耗是矽基的七分之一，氧化鎵功率損耗是碳化硅的七分之一，即矽基器件的1/49，可以說是超大幅度節能。碳化硅常被用作功率器件，在新能源汽車上發揮節電效果。目前市場常用的有銅、金銀等貴金屬，而更好一些的材料，如石墨烯、氮化鋁、金剛石等，散熱效果更好，具備最佳化散熱系統潛力。
3.氧化鎵成本很低，是唯一一個可以用熔體法生長的寬禁帶半導體材料，其6吋襯底成本三五年內就可以降到1,000-1,500人民幣，大規模生產後可以降到300元，而同樣尺寸的碳化硅襯底成本大概在4,000-5,000元，售價超過7,000元。
4.氧化鎵生成晶圓襯底的速度很快，一個小時生長2釐米，是其他材料長速的近100倍。而在通過類似雪先融化成水、再結成冰的熔體法生成的晶體質量非常好，而氣體分子沉積成晶體的過程是很慢的，品質也很難提高。
5.氧化鎵響應波長250-300nm，可以用於探測日盲紫外光，目前這個方向受到科研人員的廣泛肯定。日盲紫外波段的光線無法透過大氣層，可以用該材料當作軍用光線探測器。在電站、加油站等場景，故障早期出現電暈放電情況時也會發出這種紫外的光，可以用氧化鎵防患於未然。
6.市場對於功率更高、損耗更低、成本更低、性能更好的器件的追求是永無止盡的。禁頻寬度更寬的材料，天然具有更耐高溫、耐輻射、耐高壓、導通電阻低的特點。氧化鎵的禁頻寬度為4.9eV，在耐壓能力上表現優異，但在散熱率上較低，需要通過封裝來解決散熱問題。
7.在耐壓能力上，氧化鎵、氮化鎵、碳化硅、硅的擊穿場分別為8、3.3、2.5、0.3MV/cm；在評估材料特性的巴利加優值BFOM上，氧化鎵、氮化鎵、碳化硅、硅分別為3440、536、344、1，數值越大，導通特性就越好。在散熱率上，氧化鎵的熱導率僅0.27w/cm·k，要低於氮化鎵、碳化硅、硅。
8. 目前市場常用的有銅、金銀等貴金屬，而更好一些的材料，如石墨烯、氮化鋁、金剛石等，散熱效果更好，具備最佳化散熱系統潛力。
9．氧化鎵具備用於功率器件和光伏器件的潛力，但在散熱率上存在侷限性。目前80%的研究單位都在朝著功率器件的方向發展。未來，氧化鎵可能需要進一步證明其在故障探測和光伏應用方面的不可取代性。
全球氧化鎵材料研究進展緩慢，僅日本實現了量產。日本已研究氧化鎵襯底、外延、器件，並實現了6英吋襯底和6英吋同質外延。日本有兩家氧化鎵公司，其中NCT在全球市場佔有率接近100%。化合物半導體研發難度大，需要大量經驗和積累。新材料沒有現成裝置，需要重新研發裝備和建設研發環境。全球科技巨頭不建材料廠，因為材料端的內容非常核心。氧化鎵的產業化相對簡單，可以用GaN的現成晶片產線製造氧化鎵器件。
1.氧化鎵材料研究難度大，因為這個材料特別難，熔點高，需要有氧環境，整個技術體系都要更換，裝置要改，熱場要改，保溫材料、加熱材料、坩堝材料全都要換，重新摸索。研發這個材料需要很強的裝置能力和長晶基礎，熟悉各種長晶工藝，再用極大的耐心去實驗。全球僅日本實現了量產。
2.日本將氧化鎵的襯底、外延、器件全都研究了一遍，並且已經實現了6英吋襯底和6英吋同質外延。日本已經追上了碳化硅四十年的進度，這就是熔體法帶來的好處。他們很早就驗證出這個材料在功率領域很好用，此後更多的人覺得這個材料挺好的，開始大規模採購日本的材料，一起在器件端探索，開發出新的更好規格的器件。日本有兩家氧化鎵公司，其中NCT在全球市場佔有率接近100%。
3.日本有兩家氧化鎵公司，都是從材料做到器件的IDM企業。一家公司融資了11輪，但未向市場售賣材料和器件。另一家日本公司NCT在全球市場佔有率接近100%，供給了市面上幾乎所有的氧化鎵材料。他們用的是導模法，也就是用銥的，未來幾年很快就要被淘汰掉，所以他們肯定也在謀求新技術路線。他們的外延是做得最好的，領先中國很多。
4.在一些特定領域裡，我們看到的報導是說日本已經與客戶完成了初步驗證，效果很好，計畫從小規模實驗準備轉入量產階段，預計在2023年量產。現在大家都只知道他們用在工業，但是不知道到底在那個場景用的，也沒辦法去推算特定的規格來進行同步定製的開發。只有等到它真正批次應用之後，我們才能看到它還有這樣的市場，再去追隨跟進了。
5.化合物半導體涉及到物理、化學、材料學，器件端模擬等各個領域，且只能通過實驗研究，需要大量經驗和積累。而新材料沒有現成裝置，需要重新研發裝備和建設研發環境。這裡面還涉及各種材料的選擇、搭配，需要對不同材料在各種溫度下的變化瞭如指掌，才可以更好地生長。
6.全球科技巨頭在中國建了很多的晶片廠，但從不建材料廠，因為材料端的內容非常核心，且很難通過專利保護，它類似某種炒菜手法，國外廠商不會把配方、火候等要素放到別國。目前，全世界在材料端做得最好的公司在日本。
7. 有些材料研發起步相對容易，但氧化鎵在自然界中並不存在，只能像煉金術一樣摸索。
8.氧化鎵的產業化相對簡單，因為作為寬禁帶材料，氧化鎵的晶片製造過程抗干擾能力很強，可以用GaN的現成晶片產線就可以製造氧化鎵器件。實際上，國際上幾乎所有的研發單位都是有GaN基礎，從GaN轉過來的，不用新建實驗環境，直接就在之前的裝置上就能做氧化鎵開發。最近英國一個高校買了一台氧化鎵外延裝置，並預計未來幾個月就可以推出第一批氧化鎵器件，就是因為有現成的裝置可以用。
9.現在大家都只知道氧化鎵用在工業，但是不知道到底在那個場景用的，也沒辦法去推算特定的規格來進行同步定製的開發。只有等到它真正批次應用之後，我們才能看到它還有這樣的市場，再去追隨跟進了。
氧化鎵作為一種新型半導體材料，涉及襯底、外延和器件三個環節。在化合物半導體行業中，企業一般只研發其中一個環節，但隨著行業的成熟和整合，優勢企業會併購各個環節，以保護技術機密和供應鏈。目前，第三代半導體仍處於野蠻生長狀態，但隨著示範性應用的出現，第四代半導體的時代將會到來。氧化鎵最早可能會在快充和工業電源領域落地，而汽車則會是其未來的爆發點。氧化鎵和GaN存在合作的可能，可以在氮化鎵上長高品質的氧化鎵外延層，但會和碳化硅有一定的競爭。
1.氧化鎵有襯底、外延、器件三個產品種類，企業一般是只研發其中一種，還是都研發？理論上只研發某一個環節就夠了，但隨著行業的成熟和整合，優勢企業會併購各個環節，以保護技術機密和供應鏈。
2.化合物半導體行業規律是，合-分-合。剛開始新材料出現，沒人驗證好壞，只能自己從襯底到外延到器件都幹了，驗證材料是好材料，然後出現每個環節的優勢團隊，行業越成熟，環節就會越細分、專業。但最後又會逐漸整合，因為化合物半導體中都是knowhow（技術機密）為主，所以為了保護技術機密，保證產業鏈供應，優勢企業就開始併購，把各個環節補全。
3.現在第三代半導體仍處於野蠻生長狀態，有的人我能幹的全幹了比如Cree（現在叫Wolfspeed），有的人只幹一個環節也能生存得很好，不需要全產業鏈都干。
4.到目前為止，大多數行業人士的關注點還在第三代半導體上，但隨著示範性應用的出現，第四代半導體的時代將會到來。對一個產業鏈來說，必須具備全部環節，才能有好的協同。如果有一天氧化鎵做出來很好的規格，你可能發現在比如說有沒有那個領域，用氧化鎵便宜、性能好、沒有安全隱患，那第四代半導體的時代就到來了。
5.我們預計明年會出現一個真正殺手級的應用，最早可能出現在日本。我們認為最早可能會出現在快充和工業電源上。它的市場門檻比較低，不像汽車，可能需要拿很多資質。這些領域屬於你的性能ok、成本夠低，就能用，且他們對可靠性有需求，而氧化鎵的可靠性天然非常好。
6.氧化鎵和GaN的晶格失配很小，可以在氮化鎵上長高品質的氧化鎵外延層，有很多團隊都在做這方面工作，也報導了非常漂亮的成果，只要氧化鎵成本降下來，有成為繼Si和藍寶石以後的第三種平台型襯底材料的潛力，相當於可以藉著氮化鎵發展，這是一個可以合作的點，但會和碳化硅有一定的競爭，都在力爭挑戰矽基器件的傳統地位。
7.示範性應用起來後，大家覺得市場端沒問題，就會開始批次生產。而批次生產的一個基礎在於，供應鏈上游要供得上。器件製造的供應鏈是外延，外延的供應鏈是襯底，我們儘量從材料出發，團結更多的產業鏈公司和單位，共同促進氧化鎵產業化。
8.氧化鎵和第三代半導體存在合作的可能，可以在氮化鎵上長高品質的氧化鎵外延層，但會和碳化硅有一定的競爭，都在力爭挑戰矽基器件的傳統地位。
第四代半導體氧化鎵產業實現了低成本製造氧化鎵材料的突破，其中EFG法是製造大尺寸氧化鎵襯底的唯一工藝。無銥工藝的出現意味著低成本氧化鎵進入市場已經具備可能。
1.氧化鎵的材料製備剛剛實現突破，找到了低成本製造氧化鎵材料的可能。如果我們把做器件、做應用比作炒飯，那前提是你得有米，之前這個米想把它種出來都非常困難，也就沒辦法大規模應用。
2.目前，市面上主流的能製備單晶材料的方法有導模法（EFG法）、提拉法、焰熔法、浮區法等，其中，EFG法是當前唯一能製造大尺寸氧化鎵襯底的工藝，已經有單位能根據該方法製造出6英吋的樣品。幾乎供應了全球100%的氧化鎵襯底的日本NCT公司，採用的便是EFG法。
3. EFG法需要在接近1,800℃的高溫、含氧環境下進行晶體生長，對盛放熔體的坩堝要求很高，需要耐高溫、耐氧，還不能污染晶體等特性的材料，目前性能和成本比較合適的只有貴金屬銥，但銥非常昂貴。
4.業內一直期待無銥工藝的出現。2022年04月，日本東北大學聯合C&A公司報導了無銥工藝的2英吋襯底，能把價格做到跟硅和藍寶石接近的價格。這種技術意味著，低成本氧化鎵進入市場已經具備可能。
5.在整個化合物半導體產業鏈裡，最稀缺的是材料——價值最高，壁壘最高。材料是基礎科學，它不是一種能模仿來的技術環節，必須對它的機理有足夠的瞭解，有足夠的實驗形成knowhow，然後去做出來。
7.目前由於整個產業鏈尚未成熟，也並未出現一個示範性的應用，大部分公司還處於將信將疑或觀望態度，不會主動試產器件，所以需要讓大家看到這確實是好東西。
品質提升需解決材料提純和生產條件控制問題。氧化鎵材料評價標準包括XRD測晶體質量、單晶完整性和缺陷密度。氧化鎵器件公司面臨產線稀缺和裝置成本高的挑戰，但現有硅產線可改造。中國氧化鎵研究團隊多，但創業企業少，需要國家支援。主要研究單位為中電科四十六所、山東大學、深圳進化半導體、中科院上海光機所、北京鎵族科技、杭州富加鎵業等。
1.品質提升有兩個問題要解決。一方面是材料端要提純，再一個就是生產條件的處理和控制，包括腔室的處理，在生產過程中載氣的控制等。
2.高溫環境下，溫度梯度很難控制。且腔體中通常有多種材料，不同材料在高溫下也會釋放一些物質。如為保持溫度，腔體中還需要一些保溫材料，這些材料在高溫下也會發生變化，難以控制在一個較好狀態，因此材料熔化容易，製造單晶晶體就難；在腔體中形成底下熱、上面稍冷、中間不冷不熱的臨界狀態是真的很難。
3.氧化鎵材料有幾個特定的評估標準：一是通過X光檢測XRD測晶體質量，資料越小品質越高；其次看是不是完整單晶；三是缺陷密度，有條件可以測下腐蝕坑。
4.器件端現在其實最稀缺的資源是產線，現在中國還沒有任何一條供器件公司使用的氧化鎵器件工藝線，器件端的生產裝置，很成熟的一些裝置全套下來可能要五千萬甚至要上億。
6.氧化鎵器件可以利用現有的功率半導體產線，比如說矽基IGBT、做LED的氮化鎵、做碳化硅的產線都可以改，氧化鎵是特別穩定的一種材料，它很少會受到其他材料的干擾。它只在生長中容易受到干擾，在應用中反而還好一些。產線改造難度不大隻要工廠願意改。
7.中國半導體很多領域技術儲備都是有的，但是產業化做得不夠好，化合物半導體產品幾乎全部是卡脖子領域，且產業化很難，需要具備資深背景的業內專家、大企業技術帶頭人才能更好實現產業化。目前看到的情況是，進行氧化鎵研究的高校和科研院所還挺多的，不過做襯底的研究團隊相對要少，創業企業就是非常少，因為做材料是投入大、周期長、門檻高的環節，幾乎沒有技術積累的企業，是很難做出成果的，一般是需要國家在前期進行課題經費支援。
8.主要研究單位為中電科四十六所、山東大學、深圳進化半導體、中科院上海光機所、北京鎵族科技、杭州富加鎵業等。
附中國部分涉及氧化鎵企業
1、三安光伏：子公司湖南三安致力於第三代化合物半導體碳化硅及氧化鎵材料、外延、晶片及封裝的開發
2、藍曉科技：中國金屬鎵提取領域處於絕對龍頭地位，坊間號稱“提鎵第一股”
3、中國西電：子公司西電電力系持股陝西半導體先導技術中心，該中心是寬禁帶半導體領域國家工程研究中心，和寬禁帶半導體高端裝備與新材料西安市工程研究中心合作氮化鎵、金剛石和氧化鎵的高端製備裝備和半導體材料的研究開發
4、中瓷電子：控股股東中國電科經過多年氧化鎵晶體生長技術探索，採用導模法成功製備出高品質的4英吋氧化鎵單晶。此前，中國電科十三所已將氮化鎵通訊基站射頻晶片業務注入上市公司
5、上海瀚訊：公司股東中國科學院上海微系統與資訊技術研究所超寬禁帶半導體氧化鎵異質整合技術研究
6、南大光伏：南京大學有氧化鎵雙極型異質結功率器件研究
7、隆基綠能：與連城數控合作碳化硅及氧化鎵等晶體的生長
8、新湖中寶：持股杭州富加鎵，專業從事氧化鎵單晶材料設計、模擬模擬生長及性能表徵等工作
9、進化半導體：採用無銥工藝進行大尺寸第四代半導體氧化鎵材料的襯底技術開發，將可以大幅度降低β相晶體單晶爐製造成本近2個數量級
10、杭州富加鎵：採用導模法生產氧化鎵單晶，技術來源於中科院上海光機所
11、銘鎵半導體：完成了4英吋氧化鎵晶圓襯底技術突破
12、北京鎵族科技：中國首家、國際第二家專業從事氧化鎵半導體材料開發及應用產業化的高科技公司，是北京郵電大學的科研團隊科研成果轉化形成公司 (半導體材料與工藝裝置)