該研究由中山大學材料學院鄭偉教授團隊牽頭，杭州富加鎵業(yè)科技有限公司陳端陽博士、中國科學院上海光學精密機械研究所和上海市寬禁帶與超寬禁帶半導體材料重點實驗室齊紅基研究員等深度參與，中國工程物理研究院上海激光等離子體研究所隋展研究員團隊共同完成。
圖1 《Opto-Electronic Science》期刊封面
隨著低空經(jīng)濟的快速發(fā)展，民用機場、關鍵基礎設施等場景面臨非合作無人機侵入等新型安全威脅，高功率微波（HPM）技術憑借其定向電磁輻射干擾能力，已成為低空安防領域極具應用潛力的核心技術路徑之一。光電導半導體開關（PCSS）作為構建小型化高功率微波發(fā)射系統(tǒng)的核心器件，其耐壓水平、能量轉換效率與輸出功率密度等關鍵性能指標，直接決定了系統(tǒng)的小型化程度與實用化水平。
傳統(tǒng)光電導開關多依賴砷化鎵等材料，擊穿場強和高壓工作能力有限；新興氧化鎵基開關雖具備超寬禁帶（約4.9 eV）、高熱穩(wěn)定性等材料優(yōu)勢，但現(xiàn)有器件普遍采用雜質能級吸收的激發(fā)方式，存在電壓轉換效率低、導通損耗大的固有瓶頸。針對這一難題，鄭偉教授團隊原創(chuàng)提出并驗證了基于聲子輔助吸收的載流子激發(fā)新機制——通過聲子耦合實現(xiàn)氧化鎵晶體內部的高效載流子體激發(fā)，從底層物理原理上突破了電壓轉換效率的瓶頸，打破了行業(yè)對超寬禁帶半導體光電導器件激發(fā)方式的固有認知。
圖2 大功率光電導開關作為高功率微波系統(tǒng)的關鍵器件，能夠用于民用機場等關鍵基礎設施的低空安防保障。該工作使用具有高耐壓優(yōu)勢的氧化鎵制備光電導開關，并基于聲子輔助吸收機制實現(xiàn)了高達98.93%的電壓轉換效率
實驗結果表明，該器件性能表現(xiàn)卓越：在4000 V超高偏置電壓、1.98 mJ激發(fā)能量下，峰值輸出電壓達3957 V，電壓轉換效率高達98.93%，接近物理理論極限；最大輸出功率密度達到17.7 MW/cm2；在50 V至4000 V的寬偏壓范圍內，輸出電壓相對偏差半高寬僅3.01%，穩(wěn)定性優(yōu)異。上述指標代表了現(xiàn)有報道中氧化鎵光電導開關的最優(yōu)綜合性能。
圖3 氧化鎵光電導半導體開關在50–4000 V寬偏壓范圍內具有優(yōu)異的性能，其在電壓轉換效率可達98.93%，峰值輸出功率密度可達17.7 MW/cm2
該成果為高功率、高效率微波系統(tǒng)的設計提供了全新的物理原理與技術路線，在低空安防、國防安全、特種電子等領域具有廣闊的工程化應用前景，為推動高功率微波技術從實驗室走向實用化裝備研發(fā)奠定了關鍵器件基礎。富加鎵業(yè)在本項研究中承擔了關鍵材料支撐工作，為研究團隊提供了超高質量的鐵摻雜氧化鎵單晶。富加鎵業(yè)將以此次國際前沿研究成果為基礎，持續(xù)深化與頂尖科研機構的產(chǎn)學研合作，加快推進氧化鎵光電器件的產(chǎn)業(yè)化進程，秉持"讓世界用上好材料"的企業(yè)使命，為我國第四代半導體產(chǎn)業(yè)在高端光電器件領域的自主可控貢獻核心力量。
【論文信息】
Wang Z, Zhang LX, Cheng L et al. Phonon-assisted absorption photoconductive switch. Opto-Electron Sci 5, 260011 (2026).
DOI: https://doi.org/10.29026/oes.2026.260011
收稿：2026年3月12日；接收：2026年4月29日；在線發(fā)表：2026年5月20日
產(chǎn)品介紹
氧化鎵設備：
公司研制了國際上首臺具備“一鍵長晶”功能的EFG設備，可以滿足2-8英寸晶體生長需求，目前獲得國內授權專利6項，國際授權專利4項，可提供設備及配套工藝包。公司自行研制了全自動 VB 晶體生長設備，并在國內率先突破了12英寸單晶生長技術瓶頸，實現(xiàn)了大尺寸 VB 法單晶制備。目前獲得國內授權專利6項，國際授權專利4項，可根據(jù)客戶需求提供VB設備及工藝包。
氧化鎵單晶襯底：
作為中國最早投身氧化鎵單晶生長研究的先行者與業(yè)界領先的供應商，我們致力于為全球客戶提供卓越的氧化鎵單晶襯底。我們的產(chǎn)品線覆蓋2-8英寸26種常規(guī)性氧化鎵襯底產(chǎn)品，并能夠提供尺寸，電學性能與晶向的定制化方案，滿足高質量外延片研發(fā)及批量制備需求。
氧化鎵外延片：
基于成熟的 MOCVD（金屬有機化學氣相沉積）與 MBE（分子束外延）技術平臺，我們的產(chǎn)品線覆蓋 2-6 英寸等15種常規(guī)性氧化鎵外延片產(chǎn)品，及定制化 MBE 氧化鎵外延片產(chǎn)品，為客戶提供 “襯底-外延”一體化解決方案。外延層生長過程采用精準的工藝控制體系，可根據(jù)客戶需求定制外延層厚度、摻雜濃度、組分均勻性等關鍵參數(shù)，能夠滿足不同功率等級、不同功能類型的器件研發(fā)與生產(chǎn)需求。
企業(yè)簡介
杭州富加鎵業(yè)科技有限公司
公司成立于2019年12月31日，公司以“讓世界用上好材料”為愿景，開展超寬禁帶半導體氧化鎵材料的產(chǎn)業(yè)化工作，核心產(chǎn)品為氧化鎵單晶襯底、MOCVD/MBE 外延片、布里奇曼法（VB法）及導模法(EFG法)晶體生長裝備等，為材料研制提供系統(tǒng)性解決方案，加速超寬禁帶氧化鎵產(chǎn)業(yè)全鏈路貫通，推進氧化鎵材料在功率器件、微波射頻器件及光電探測等領域應用。公司在氧化鎵領域發(fā)展方面取得的系列重要成果已獲CCTV、《人民日報》、新華網(wǎng)、《中國證券報》、澎湃新聞等知名媒體專題宣傳報道。企業(yè)榮譽匯總： 2022年獲得浙江省科技型中小企業(yè)；2023年獲得國家高新技術企業(yè)；2024年獲得杭州市企業(yè)高新技術研發(fā)中心及浙江省專精特新中小企業(yè)；2025年獲得 ISO9001質量體系認證（編號：20225Q20294R0M）；2024年度杭州市“新雛鷹”企業(yè)；在氧化鎵領域，正牽頭起草氧化鎵領域首個國家標準，并承擔了國家發(fā)改委項目1項，國家工信部項目1項，參與了國家自然科學基金委、浙江省、上海市等國家及省部級項目3項。另外，獲得國際專利授權14項（美國 6 項，日本7項，歐洲1項），國內專利授權42項，“富加鎵業(yè)”商標認證注冊3項，軟件著作權（“一鍵長晶”控制軟件）5項。