香山科學(xué)會議聚焦寬禁帶半導(dǎo)體

“隨著第三代半導(dǎo)體材料、器件及應(yīng)用技術(shù)不斷取得突破，甚至可能在21世紀(jì)上半葉，導(dǎo)致一場新的信息和能源技術(shù)革命。”在近日召開的以“寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光的發(fā)展戰(zhàn)略”為主題的第641次香山科學(xué)會議上，與會專家指出，寬禁帶半導(dǎo)體核心技術(shù)一旦解決，必將引起應(yīng)用格局的巨大改變。

如今，半導(dǎo)體發(fā)展已經(jīng)歷了三代的變革，極大地影響了社會發(fā)展進(jìn)程。以硅為代表的第一代半導(dǎo)體的發(fā)展帶來了微型計算機(jī)、集成電路的出現(xiàn)和整個信息產(chǎn)業(yè)的飛躍。第二代半導(dǎo)體砷化鎵和磷化銦等的出現(xiàn)促成了信息高速公路的崛起和社會的信息化。第三代半導(dǎo)體材料是指氮化鎵、碳化硅、氧化鋅等寬禁帶半導(dǎo)體材料。

本次會議執(zhí)行主席，中科院長春光機(jī)所研究員申德振和中科院半導(dǎo)體所研究員、中國科學(xué)院院士夏建白先后做了主題評述報告。報告指出，與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料由于禁帶寬度大，所以具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性能，因此在短波發(fā)光/激光、探測等光電子器件和高溫、高壓、高頻大功率的電子電力器件領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，其不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運行，而且在高電壓、高頻率狀態(tài)下更為耐用和可靠。

寬禁帶半導(dǎo)體在深紫外發(fā)光與激光方面優(yōu)勢明顯，其中，III族氮化物成為其在深紫外光源領(lǐng)域研究的主要代表，尤其是氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)的發(fā)明，引起人類照明光源的革新。日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學(xué)家中村修二也因此獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎，這掀起了寬禁帶半導(dǎo)體在深紫外發(fā)光與激光研發(fā)的熱潮，并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

申德振指出，我國在氮化鎵基短波LED領(lǐng)域整體水平與美日等發(fā)達(dá)國家差距明顯，主要體現(xiàn)在高質(zhì)量的氮化鎵和氮化鋁同質(zhì)單晶襯底和低缺陷密度鋁鎵氮的外延生長與高鋁組分鋁鎵氮摻雜工藝等難題。此外，另一種寬禁帶半導(dǎo)體材料氧化鋅具有高的激子束縛能和優(yōu)異的光學(xué)特性，是實現(xiàn)深紫外激光器件的理想材料，將成為鋁鎵氮在深紫外光電領(lǐng)域應(yīng)用的重要補(bǔ)充，但其目前發(fā)展嚴(yán)重受限于P型摻雜技術(shù)。

為此，與會專家認(rèn)為，突破高質(zhì)量同質(zhì)單晶襯底制備和p型摻雜技術(shù)，是帶動寬禁帶半導(dǎo)體紫外發(fā)光與激光器件進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。同時，寬禁帶半導(dǎo)體的單體點缺陷表征和調(diào)控也是亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)難題。因此，我國應(yīng)加大在寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域的投入，解決該領(lǐng)域的核心科學(xué)和技術(shù)難題，爭取擁有更多自主知識產(chǎn)權(quán)，推動應(yīng)用市場的發(fā)展。