一、背景：为什么氯化镓对第三代半导体至关重要？
第三代半导体（以 GaN、Ga₂O₃、SiC、AlN 为代表）正成为高压、高频、高功率领域的核心材料。
其中 GaN 和 β-Ga₂O₃ 等镓基半导体的产业发展直接驱动了高纯镓化合物需求的快速增长。
在镓源材料中，高纯氯化镓（GaCl₃）因其优异的挥发性、可控反应性、极低杂质含量和与外延工艺高适配性，成为：
外延生长
CVD/ALD 膜制备
电子级化工
晶体生长辅料
中的核心前驱体之一。
高纯度（5N–7N）氯化镓正成为半导体行业的战略材料。
二、高纯氯化镓的核心特性
1. 超高纯度（典型 5N–6N）
金属杂质（Fe、Cu、Ni、Zn）极低，避免载流子俘获与缺陷中心形成。
2. 适合外延的挥发性和热分解特性
可在低压/中高温环境下均匀气化。
蒸汽相稳定，便于精确控制物质输运。
3. 氯化物前驱体适配性强
在 HVPE、CVD、ALD 等工艺中可提供高反应活性的 Ga 源。
4. 反应副产物易排出（如 HCl、GaClₓ 气体）
降低残留，提高薄膜纯净度。
三、在第三代半导体外延中的核心应用
1. HVPE（氯化物气相外延） GaN 制备
HVPE 是制备高质量 GaN 基底和厚膜 GaN 的重要工艺，广泛用于：
Micro LED
GaN 功率器件
激光器 GaN 基底
GaN 自支撑衬底（SS-GaN）
GaCl₃ 是 HVPE 中的核心 Ga 源：
反应原理：
GaCl₃ + NH₃ → GaN（沉积）+ 3HCl（气体）
或
Ga（液） + HCl（气） → GaCl（气） → 与 NH₃ 反应生成 GaN
技术优势：
杂质低 → 可获得位错密度更低的 GaN 厚膜
蒸汽压稳定 → 生长速率可高达 50–300 μm/h
纯度高 → 支撑 6 英寸以上 GaN 衬底量产
GaN 基底市场快速扩张，使高纯 GaCl₃ 需求保持高速增长。
2. β-Ga₂O₃ CVD 外延中作为 Ga 源
β-Ga₂O₃ 是超宽禁带材料（禁带宽度 4.8–4.9 eV），被认为是超高压 (>1000V) 器件的明星材料。
在 MOCVD / CVD / HVPE 制备 β-Ga₂O₃ 中：
传统 Ga 前驱体（如 TMGa）成本高、敏感性强
氯化镓成为更稳定、经济且纯度更高的替代方案
GaCl₃ 可用于：
β-Ga₂O₃ 外延薄膜沉积
掺杂控制（例如 Si/Ga 比例调整）
高压功率器件 drift layer 制备
氯化物体系的生长速率快、膜质量高，是产业化趋势。
3. ALD / CVD 功能薄膜中的 Ga 源材料
GaCl₃ 可作为精确控制的气相前驱体，用于：
高介电常数（High-k） GaOx 薄膜
Ga-doped ZnO（GZO）透明导电膜
Ga 掺杂 SiO₂、Al₂O₃、HfO₂
电子结构调控薄膜（界面层、阻挡层）
优势：
气相反应干净，杂质残留极低
ALD 中可获得原子级膜厚控制（<1Å 精度）
可形成超平整表面（RMS<0.2nm）
支撑 5G、车规芯片、光电芯片制造
随着晶圆厂扩大 ALD 工艺，GaCl₃ 的用量将持续攀升。
四、在衬底材料和晶体生长中的应用
1. GaN 大尺寸衬底制备
利用 HVPE 的 GaCl₃ 工艺可制备：
2 英寸 → 6 英寸 GaN 衬底
自支撑 GaN（Free-standing GaN）
用于激光器、Micro LED 的高质量 GaN
高纯氯化镓对位错、杂质、氧含量等有决定性影响。
2. 氧化镓（Ga₂O₃）单晶生长
高纯 GaCl₃ 参与制备高纯氧化镓原料，进一步用于：
EFG（edge-defined film-fed growth）
CZ 法（Czochralski）
Ga₂O₃ 是下一代高压器件热门方向，GaCl₃ 的需求同步增长。
五、在外延工艺气氛控制中的作用
高纯 GaCl₃ 在反应过程中还能：
作为氯源调控晶体缺陷密度
清洗反应腔体表面（HCl 化学清洗）
控制外延层界面粗糙度
降低碳、氧、金属杂质含量
这对 1200V 以上功率器件尤为关键，可显著提升器件耐压与可靠性。
六、在功率器件制造中的间接应用
高纯氯化镓制备的 GaN / Ga₂O₃ 材料最终应用于：
车载 OBC（车载充电机）
快充电源 > 150 W
数据中心高频电源
5G 通信器件（PA、滤波器）
Micro LED 显示
激光雷达
航空航天电源
Ga 基第三代半导体正进入全面量产阶段，高纯 GaCl₃ 的战略价值持续提升。
七、行业趋势展望
未来 5–10 年，高纯氯化镓在第三代半导体中将呈现：
1. 纯度升级（从 5N → 6N → 7N）
满足外延级和器件级膜材料需求。
2. 向大尺寸与高品质衬底扩展
GaN 衬底将从 4/6 英寸向 8 英寸迈进。
3. β-Ga₂O₃ 材料需求快速增长
GaCl₃ 成为其产业化关键原料之一。
4. 与固态电池产业形成协同需求
GaCl₃ 将成为跨行业共享的战略前驱体。
八、结语
高纯氯化镓正成为第三代半导体材料体系中的核心上游材料之一，它不仅在外延生长中不可替代，更在晶体生长、薄膜制备、特殊材料设计中发挥关键作用。
随着 GaN 和 Ga₂O₃ 的产业进入快速量产阶段，高纯氯化镓将迎来 高速市场增长与战略价值提升期。