開創第四代半導體 鴻海與陽明交大研究成果登頂級科學期刊

鴻海研究院半導體所及陽明交大電子所研究團隊合力製作的氧化鎵PN二極體示意圖與元件剖面側視圖。圖／鴻海提供

全球最大科技製造與服務商鴻海（2317）旗下鴻海研究院前瞻技術研發再度傳出捷報！鴻海研究院半導體所所長暨國立陽明交通大學講座教授郭浩中及半導體所研究團隊，攜手陽明交大電子所洪瑞華教授團隊，在第四代化合物半導體的關鍵技術上取得重大突破。研究成果提高了第四代半導體氧化鎵 （Ga2O3） 在高壓、高溫應用領域的高壓耐受性能，並已發表於國際頂級材料科學期刊 Materials Today Advances (MATER TODAY ADV)。

本次研究 Heteroepitaxially Grown Homojunction Gallium Oxide PN Diodes Using Ion Implantation Technologies，導入離子注入技術於異質磊晶生長的同質結氧化鎵 PN 二極體元件中，結果展示出優異的電性表現。氧化鎵 (Gallium Oxide, Ga2O3) 在高壓及高溫應用領域的強大潛力，爲未來高功率電子元件開闢了新的可能性。

這一傑出的研究成果，已發表於高影響力指數 （impact paper） 的國際頂級材料科學期刊「Materials Today Advances」。Materials Today Advances 在 2023 年的影響力指數達到 10.25，並在材料科學領域的 SJR (Scimago Journal & Country Rank) 中排名前25%，該期刊已成爲促進全球科學家和工程師之間知識傳播與學術交流的重要平臺。

第四代半導體氧化鎵 （Ga2O3） 因其優異的性能，被視爲下一代半導體材料的代表。它擁有超寬能隙 （4.8 eV）、超高臨界擊穿場強 （8 MV/cm） 等特性，較現有的矽 （Si）、碳化矽 （SiC） 和氮化鎵 （GaN） 等材料具有顯著優勢。這些特性使得氧化鎵特別適用於電動車、電網系統、航空航太等高功率應用場景。

此次鴻海研究院與陽明交大電子所通力合作，以創新的離子布植技術成功製造出具備優異電性表現的氧化鎵 PN 二極體 （PN diode）。利用磷離子布植和快速熱退火技術實現了第四代半導體 P 型 Ga2O3 的製造，並在其上重新生長 N 型和 N+ 型 Ga2O3，形成了 PN Ga2O3 二極體。這一突破性技術除了能大幅提升元件的穩定性和可靠性，並顯著降低電阻。

論文詳細闡述了這種新型 Ga2O3 PN 二極體的製作過程和性能特徵。實驗結果顯示，該元件具有 4.2 V 的開啓電壓和 900 V 的擊穿電壓，展現出元件優異的高壓耐受性能。

氧化鎵元件將有望成爲具有競爭力的電力電子元件，能直接與碳化矽元件競爭。目前，中國大陸、日本和美國在氧化鎵研究領域處於領先地位。日本已實現 4 英寸和 6 英寸氧化鎵晶圓的產業化，而大陸多家科研機構和企業也在積極推進相關研究與產品開發。

鴻海研究院此次的技術突破，將爲臺灣在全球化合物半導體產業中的領先地位增添優勢，也爲未來的高壓半導體應用開創新的可能，也再次證明了鴻海在技術創新和產業發展上的卓越能力。

展望未來，隨着氧化鎵技術的進一步發展，我們可以期待其在更多高壓、高溫和高頻領域中有更廣泛應用。鴻海研究院將繼續致力於此領域的研究，爲全球技術創新和產業進步做出更大的貢獻。