北京大學(xué)張國(guó)義：III族氮化物半導(dǎo)體材料的應(yīng)用及發(fā)展

LED半導(dǎo)體照明網(wǎng)訊 2013年9月5日，首屆第三代半導(dǎo)體材料及應(yīng)用發(fā)展國(guó)際研討會(huì)在深圳成功召開。本次會(huì)議由國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CSA)、中國(guó)國(guó)際光電博覽會(huì)共同主辦，來自中科院半導(dǎo)體研究所、南京大學(xué)、北京大學(xué)、科銳公司、西安電子科技大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)以及企業(yè)的近百名人士參加了此次會(huì)議。

北京大學(xué)寬禁帶半導(dǎo)體研究中心主任張國(guó)義在會(huì)上以《III族氮化物半導(dǎo)體材料及其應(yīng)用》為題，從半導(dǎo)體照明、激光顯示、高溫大功率高頻電子器件、紫外探測(cè)器及發(fā)光器件、稀磁半導(dǎo)體與自旋電子學(xué)、全太陽(yáng)能光伏器件六個(gè)方面，介紹了氮化物半導(dǎo)體的應(yīng)用情況和發(fā)展前景。

他首先介紹了氮化物半導(dǎo)體的特點(diǎn)，主要有：GaN、AIN、InN及其合金體系，全部為直接帶隙，構(gòu)成高亮度發(fā)光材料；易于生成多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)，形成MQWs、SLS、2DEG等結(jié)構(gòu)，有利于器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；帶隙范圍覆蓋了整個(gè)可見光到遠(yuǎn)紫外波段，特別是在短波長(zhǎng)方面，目前是唯一的最佳選測(cè)；還有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐腐蝕、高溫、長(zhǎng)壽命等。

他指出目前氮化物半導(dǎo)體的主要的用途有，第一個(gè)是高亮度紫外光、藍(lán)光、綠光和白光光發(fā)射二極管(LED)，包括紅外和紅外光LED；第二個(gè)是紫外(UV)、藍(lán)、綠光激光器；第三是可見光盲的UV-光傳感器；第四是高溫大功率效應(yīng)晶體管；第五個(gè)是高溫稀磁半導(dǎo)體、自旋電子學(xué)器件。

他說半導(dǎo)體照明領(lǐng)域是目前氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用最為成熟的領(lǐng)域，在半導(dǎo)體照明的發(fā)展中，襯底材料是源頭，決定著MOCVD設(shè)備、生長(zhǎng)技術(shù)、芯片結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)等技術(shù)的發(fā)展。但同時(shí)他強(qiáng)調(diào)到，半導(dǎo)體照明只是第三代半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)方面，還有更多的應(yīng)用領(lǐng)域在發(fā)展。

在激光顯示技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展方面，張國(guó)義指出，未來的發(fā)展趨勢(shì)是低成本、小體積、高功率的紅綠藍(lán)三基色激光器。未來激光顯示技術(shù)會(huì)在投影、3D打印擁有巨大的市場(chǎng)，也是目前發(fā)展速度比較快的領(lǐng)域；另外便攜式投影儀、與LED相結(jié)合的投影技術(shù)也基本成熟；而純激光的裸眼3D技術(shù)被認(rèn)為是在未來顯示技術(shù)領(lǐng)域會(huì)引起關(guān)注的重要方向。他說，隨著高密度存儲(chǔ)市場(chǎng)的飽和，激光顯示應(yīng)用將是市場(chǎng)的新推動(dòng)力。

談到未來激光顯示的市場(chǎng)前景，張國(guó)義指出，顯示產(chǎn)業(yè)是年產(chǎn)值超過千億美元的新產(chǎn)業(yè)，是信息時(shí)代的先導(dǎo)性支柱產(chǎn)業(yè)，我國(guó)激光顯示是最有可能領(lǐng)先國(guó)際水平的新型顯示技術(shù)，而3D是最有生命力且終將成為顯示技術(shù)共性平臺(tái)的下一代顯示技術(shù)。預(yù)計(jì)5年后激光顯示年產(chǎn)值將達(dá)100億，裝機(jī)量達(dá)50萬臺(tái)。

在紫外和深紫外LED的應(yīng)用方面，張國(guó)義指出主要有紫外光的發(fā)光器和紫外光的探測(cè)器件，國(guó)防建設(shè)需求較大，主要應(yīng)用于國(guó)防和導(dǎo)彈制導(dǎo)、預(yù)警、跟蹤和監(jiān)測(cè)等方面。

張國(guó)義重點(diǎn)介紹了稀磁半導(dǎo)體和自旋電子學(xué)的應(yīng)用，他說稀磁半導(dǎo)體和自旋電子學(xué)是未來電子學(xué)領(lǐng)域和光電子學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。他說每個(gè)電子都有自旋向下和自旋向上的兩種狀態(tài)，如果將這兩種狀態(tài)分開，就可利用自旋態(tài)作為信息推出和處理的一種手段。這種自旋電子如果應(yīng)用到計(jì)算機(jī)的信息處理方面，可以考慮自旋電子向上有和無、自旋電子向下有和無四種狀態(tài)，那么就可以將目前計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的二進(jìn)制進(jìn)入到四進(jìn)制，將可大大提高計(jì)算量和計(jì)算速度。但他指出，目前國(guó)內(nèi)在此方面的研究并不快。

他最后總結(jié)道，氮化物半導(dǎo)體材料目前主要應(yīng)用在6個(gè)方面，其中在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的應(yīng)用最為成熟和最為廣泛，但并不是最完善的，還有許多問題需要去開發(fā)，還有許多基礎(chǔ)問題研究需要解決，最主要的是氮化物的襯底材料還沒有解決。稀磁半導(dǎo)體和自旋電子領(lǐng)域是最具革命性應(yīng)用前景的領(lǐng)域，是引起未來信息半導(dǎo)體第二次革命的一個(gè)重要方向。紫外市場(chǎng)、太陽(yáng)能電池的應(yīng)用雖然比較成熟，但市場(chǎng)前景并是不很大。