目前，以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体受到广泛的关注，人们对SiC在新能源汽车、电力能源等大功率、高温、高压场合，以及GaN在快充领域的应用前景寄予厚望，学术界、投资界和产业界都认可其将发挥传统硅器件无法实现的作用。

然而，SiC 和 GaN 并不是终点，近年来日本对氧化镓(Ga2O3，后简称GaO，与GaN对照)的研究屡次取得进展，使这种第四代半导体的代表材料走入了人们的视野，凭借其比 SiC 和 GaN 更宽的禁带、耐高压、大功率等更优的特性，以及极低的制造成本，在功率应用方面具有独特优势。因此，近几年关于氧化镓的研究又热了起来。

实际上，氧化镓并不是很新的技术，一直以来都有公司和研究机构对其在功率半导体领域的应用进行钻研。但受限于材料供应被日本两家公司垄断，研究受到比较大的阻碍，相关研发工作的风头都被后二者抢去。而随着应用需求的发展愈加明朗，未来对高功率器件的性能要求越来越高，人们更深切地看到了氧化镓的优势和前景，相应的研发工作又多了起来，氧化镓已成为美国、日本、德国等国家的研究热点和竞争重点。另一方面，我国在这方面的研究仍比较欠缺，在日本已经可以推出批量产品、我国国内市场每年翻倍的当下，国内产业化程度仍处于非常初级的阶段。

一、半导体材料的代际之分

首先我们先了解下各个代际半导体的情况：

1.第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）的元素半导体材料。第一代半导体材料，尤其是硅，在半导体器件的发展和应用中牢牢占据着统治地位，是大规模集成电路、模拟IC、传感器等器件的材料基础，硅的加工技术是摩尔定律得以实现的基石。硅基芯片在电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用，致使产业外的很多人一提到半导体以为指的就是硅。

2.第二代半导体材料主要是指砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等的化合物半导体材料，此外还包含三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP，还有一些固溶体半导体如Ge-Si、GaAs-GaP，玻璃半导体（又称非晶态半导体）如非晶硅、玻璃态氧化物半导体，有机半导体如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。

3.第三代半导体材料是指以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）为代表的宽禁带半导体材料。在应用方面，根据第三代半导体的发展情况，其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器、以及其他四个领域，每个领域产业成熟度各不相同。在前沿研究领域，宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。

4.第四代半导体材料主要是以金刚石（C）、氧化镓（GaO）、氮化铝（AlN）为代表的超宽禁带（UWBG）半导体材料，禁带宽度超过4eV，以及以锑化物（GaSb、InSb）为代表的超窄禁带（UNBG）半导体材料。在应用方面，超宽禁带材料会与第三代材料有交叠，主要在功率器件领域有更突出的特性优势；而超窄禁带材料，由于易激发、迁移率高，主要用于探测器、激光器等器件的应用。

需要强调的是，实际上四个代际的半导体材料并不是后面的要取代前面，而是对硅材料形成了重要补充。

二、氧化镓材料的特性

氧化镓是金属镓的氧化物，同时也是一种半导体化合物。其结晶形态截至目前已确认有α、β、γ、δ、ε五种，其中，β相最稳定。

图：β相氧化镓晶体结构（网络）

业界与GaO的结晶生长及物性相关的研究报告大部分都使用β相，国内也普遍使用β相展开研发。β相具备名为“β-gallia”的单结晶构造。β相的带隙很大，达到4.8～4.9eV，这一数值为Si的4倍多，而且也超过了SiC的3.3eV 及GaN的3.4eV（表1）。一般情况下，带隙较大，击穿电场强度也会很大。β相的击穿电场强度估计为8MV/cm左右，达到Si的20多倍，相当于SiC及GaN的2倍以上，目前已有研究机构实际做出来6.8MV/cm的器件。