作为全球氧化镓(Ga2O3)技术领域的佼佼者——日本Novel Crystal Technology（NCT）近日宣布,其一项氧化镓半导体研发项目被日本国立研究开发法人新能源产业技术综合开发机构（NEDO）纳入 “高输出和高效功率器件 / 高频器件材料技术开发” 项目中。此项目隶属于日本政府重磅推出的“K计划（K Program，Key and Advanced Technology r&d through Cross Community Collaboration Program）”——一项旨在通过跨部门合作加速关键及先进技术研发的协作项目，该计划由日本内阁办公室（CAO）、文部科学省（MEXT）及经济产业省（METI）三大核心部门联合推动。

K计划作为日本政府跨部门合作的典范，其核心在于加速对经济安全具有战略意义的前沿科技探索与应用，确保研发成果既服务于私营领域的需求，又惠及公共福祉。通过该计划，日本正积极推动科学技术的多元化发展，以期在未来国际竞争中依托尖端科技的重要突破，稳固并增强其全球领先地位，确保中长期内持续屹立于世界强国之林。

β-Ga2O3晶片和块状晶体(图源：NCT)

在此项目中，NCT将与相关公司和学术机构合作开发β-Ga2O3晶圆、功率器件和功率模块。NCT将致力于开发低成本晶体生长技术，用于制造6英寸高质量β-Ga2O3晶片和6英寸同质外延生长技术，具有低缺陷密度和高生产吞吐量。此外，该公司将与三菱电机合作，开发一种高压β-Ga2O3晶体管，其击穿电压高达3.3 kV或更高，导通电阻低，不到SiC的一半。三菱电机还将致力于开发一种功率模块，其中多个β-Ga2O3晶体管芯片并行组装。而日本精细陶瓷中心则会专注于构建针对 6 英寸 β - Ga₂O₃晶片的无损、高速全表面缺陷检测技术。

K 计划

氧化镓（Ga2O3）是一种极具前景的电力电子材料。它属于 “超宽禁带半导体”，也就是 “第四代半导体”。其宽带隙特性在节能与减少二氧化碳排放方面展现出巨大潜力。

在功率元件领域，氧化镓功率器件优势明显。与在电动汽车、可再生能源系统等高压应用中常用的碳化硅（SiC）相比，它能显著降低功率损耗。

据富士经济预测，到 2030 年，氧化镓功率器件市场规模将达15.42亿美元（约合人民币110亿），并且会超过氮化镓功率器件市场规模。这充分体现出氧化镓功率器件在功率电子设备中的重要性与未来发展潜力，其优势正吸引着持续的关注。

“K 计划”被日本内阁政府视为 “对于我国在国际社会长期确保稳固地位不可或缺的尖端关键技术”。在K计划的框架下，NCT 将与三菱电机以及日本精细陶瓷中心（ファインセラミックスセンター）展开合作,共同致力于相关项目的研究与发展。此举不仅彰显了NCT在氧化镓技术领域的领导地位，也体现了日本政府对关键技术创新的重视与支持。

另外，据NEDO公布的 “经济安全保障关键技术培养计划 / 面向高功率、高效率功率器件 / 高频器件的材料技术开发项目”资料显示，其决定实施两大项目：β-Ga2O3晶圆、功率器件及功率模块的研发以及 GaN-on-GaN晶圆及高频器件的研发。

在β-Ga2O3晶圆、功率器件及功率模块的研发项目中，包含β-Ga2O3晶体成形技术、外延技术、缺陷检测技术的开发，以及 β-Ga2O3功率器件和功率模块的研制。此项目工期计划从2024财年至2028 财年，共5年，投资预算最高达45 亿日元。项目以合同委托形式展开，参与企业有NCT、三菱电机、日本精细陶瓷中心。

而 GaN-on- GaN晶圆及高频器件的研发项目主要涵盖高电阻 GaN 晶体成形技术、外延技术的开发，高电阻 GaN 晶片加工技术的开发以及 GaN - on - GaN HEMT（大电流迁移率晶体管）高频器件的开发。该项目工期同样是 2024 财年至 2028 财年的 5 年，投资预算最高达35亿日元，实施企业包括三菱化学、东芝基础设施系统（株式会社）。

据 NEDO 透露，虽然上述项目开展周期预定为2024 年 5 月至 2029 年 3 月，但在研发周期内会对实施主体进行观察和评定，以决定是否继续项目。

NCT 的研发与合作成果

NCT 成立于2015 年，其主要生产用于功率器件的 2 英寸和 100 毫米 Ga2O3基板与外延晶片。

2022 年 3 月 1 日，NCT 与太阳日酸株式会社、东京农业技术大学合作，首次利用卤化物气相外延（HVPE）方法在6英寸晶圆上成功沉积下一代半导体材料 β-Ga2O3。

2022 年 3 月 14 日，NCT 与佐贺大学合作开发出第三代氧化镓100毫米外延片。双方改进制造技术，使致命缺陷数量降至传统晶圆的1/10，推动氧化镓在火车、工业设备、电动汽车所需100a 级动力装设备中的商业化应用。

2022 年 9 月，NCT作为参与国家安全技术研究促进基金（JP004596）“反向 MOS 沟道型氧化镓晶体管的研究与开发” 计划的一部分，确认了具有足够高阈值电压（6V）的高击穿电压（1kV）氧化镓反向双植入 MOS 晶体管（DI - MOSFET）的基本操作，这是氧化镓（β- Ga2O3）研究领域的世界首创，推动了中高压（0.6 - 10kV）氧化镓晶体管发展，促进电力电子产品朝更低价格与更高性能迈进。

2023 年 7 月 28 日，三菱电机集团投资 NCT。根据当时 NCT 官网信息显示，其募资总额达9.5 亿日元，而新投资方包括三菱电机、ALCONIX 全球创新基金投资事业有限责任合伙企业、ALCONIX VENTURES、太阳日酸、CBC 株式会社、TNP Threads of Light。

今年 3 月，NCT 宣布利用先进的垂直桥式（VB）技术成功培育出首个6英寸 Ga2O3单晶。与现有的边缘定义薄膜生长（EFG）方法相比，VB 技术有诸多优势：在圆柱形中生长晶体可降低基材切割成本；可生产不受晶体各向异性限制的各种晶体取向衬底；受控热环境使晶体质量优异且缺陷最小；衬底内掺杂均匀性有望与其他半导体（如硅）工业标准一致。

Ga2O3块状晶体(图源：NCT)

NCT 与日本工业部下属的国家先进工业科学技术研究所（AIST）对 VB 晶体和 EFG 晶体进行比较评价，发现 VB 技术生产的晶体质量显著提高，同步辐射 X 射线形貌分析证实 VB 生长晶体中缺陷最小。

同步辐射X射线形貌图(图源：NCT)

目前，NCT 正积极开发6 英寸等更大基板，且有更广泛的 Ga2O3器件生产愿景，已提供首个 Ga2O3肖特基势垒二极管样品，预计2024年9 月完成资格测试。

Ga2O3单晶的垂直布里奇曼生长技术由信州大学发起，成功实现2英寸和 4 英寸晶体生长，NCT收购并扩展该技术以开发更大直径晶体，此研发项目部分由日本科学技术厅（JST）通过目标驱动研发（A - STEP）的适应性和无缝技术转移计划资助。