光導開關是一類利用激光脈沖控制器件導通與關斷的光電器件，具有響應速度快、耐高壓、開關比高等特點，在脈沖功率、高功率微波、雷達及先進電源等領域具有較大的應用潛力。作為光導開關的核心基礎材料之一，襯底需要同時具備高耐壓、高絕緣、低缺陷以及良好的光響應特性，這也對材料本身提出了較高要求。
近年來，氧化鎵憑借超寬禁帶、高擊穿場強等優勢，逐漸成為第四代半導體的重要材料方向。氧化鎵禁帶寬度約4.8 eV，理論擊穿場強可達8 MV/cm，在高電壓、低漏電等應用場景中具有突出優勢，與光導開關對于高耐壓和高絕緣襯底的需求高度契合。
瞄準這一應用方向，杭州鎵仁半導體有限公司依托自主研發的鑄造法長晶技術，推出了光導開關專用氧化鎵半絕緣定制襯底，進一步拓展氧化鎵材料在脈沖功率器件領域的應用。目前，該產品已實現現貨供應。
從材料性能來看，鎵仁半導體氧化鎵半絕緣襯底具備較好的晶體質量和表面質量。XRD搖擺曲線測試顯示，其半高寬低至29 arcsec，表明晶體完整性較好、缺陷水平較低；AFM測試顯示，襯底表面粗糙度僅為0.140 nm，達到原子級平整度，可為后續器件制備提供良好的材料基礎。
圖1 鎵仁半導體半絕緣襯底XRD搖擺曲線測試結果
圖2 鎵仁半導體半絕緣襯底AFM測試結果
在電學性能方面，該襯底電阻率超過1×1011 Ω·cm，具備優異的半絕緣特性，有助于降低器件暗態漏電流，使光導開關在關斷狀態下保持較高耐壓和較低漏電，從而支撐高開關比和快速關斷。
更值得關注的是，相關材料已經獲得器件端驗證。基于鎵仁半導體半絕緣氧化鎵襯底，深圳平湖實驗室團隊研制了Mg摻雜垂直結構光導開關。實測結果顯示，該器件擊穿場強超過220 kV/cm，開關比達到1×1011量級，擊穿電壓突破10000 V，動態導通電阻低于10 Ω，關斷時間小于1 ns。多項關鍵指標表現突出，也從器件層面對氧化鎵半絕緣襯底的材料品質進行了驗證。
據介紹，針對不同光導開關的耐壓等級、響應速度及器件結構需求，鎵仁半導體還可對襯底的摻雜方案、尺寸、晶面取向等參數進行定制，提升材料與器件設計之間的匹配度。
從產業化角度看，光導開關專用半絕緣氧化鎵襯底的推出，不僅拓展了氧化鎵材料的應用邊界，也為國內超高壓、超快響應光導器件研發提供了國產化材料選擇。隨著氧化鎵晶體生長、襯底加工及器件工藝持續成熟，氧化鎵有望進一步從材料研發走向高壓光電器件等更具針對性的應用場景。
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