第三代半导体材料技术不断突破,宽禁带半导体成为香山科学会议焦点之一

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“随着第三代半导体材料、器件及应用技术不断取得突破,甚至可能在21世纪上半叶,导致一场新的信息和能源技术革命。”在11月8日召开的以“宽禁带半导体发光的发展战略”为主题的第641次香山科学会议上,与会专家指出,宽禁带半导体核心技术一旦解决,必将引起应用格局的巨大改变。

如今,半导体发展已经历了三代的变革,极大地影响了社会发展进程。以硅为代表的第一代半导体的发展带来了微型计算机、集成电路的出现和整个信息产业的飞跃。第二代半导体砷化镓和磷化铟等的出现促成了信息高速公路的崛起和社会的信息化。第三代半导体材料是指氮化镓、碳化硅、氧化锌等宽禁带半导体材料。

本次会议执行主席,中科院长春光机所研究员申德振和中科院半导体所研究员、中国科学院院士夏建白先后做了主题评述报告。报告指出,与前两代半导体材料相比,第三代半导体材料由于禁带宽度大,所以具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性能,因此在短波发光/激光、探测等光电子器件和高温、高压、高频大功率的电子电力器件领域有广阔的应用前景,其不仅能在更高的温度下稳定运行,而且在高电压、高频率状态下更为耐用和可靠。

宽禁带半导体在深紫外发光与激光方面优势明显,其中,III族氮化物成为其在深紫外光源领域研究的主要代表,尤其是氮化镓基蓝光发光二极管(LED)的发明,引起人类照明光源的革新。日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二也因此获得2014年诺贝尔物理学奖,这掀起了宽禁带半导体在深紫外发光与激光研发的热潮,并带来了巨大的经济和社会效益。

申德振指出,我国在氮化镓基短波LED领域整体水平与美日等发达国家差距明显,主要体现在高质量的氮化镓和氮化铝同质单晶衬底和低缺陷密度铝镓氮的外延生长与高铝组分铝镓氮掺杂工艺等难题。此外,另一种宽禁带半导体材料氧化锌具有高的激子束缚能和优异的光学特性,是实现深紫外激光器件的理想材料,将成为铝镓氮在深紫外光电领域应用的重要补充,但其目前发展严重受限于P型掺杂技术。

为此,与会专家认为,突破高质量同质单晶衬底制备和p型掺杂技术,是带动宽禁带半导体紫外发光与激光器件进一步发展的关键。同时,宽禁带半导体的单体点缺陷表征和调控也是亟需解决的关键科学和技术难题。因此,我国应加大在宽禁带半导体发光领域的投入,解决该领域的核心科学和技术难题,争取拥有更多自主知识产权,推动应用市场的发展。

 

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