“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(chǎng)新的信息和能源技術(shù)革命。”在11月8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(huì)議上，與會(huì)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(huì)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(jì)算機(jī)、集成電路的出現(xiàn)和整個(gè)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(huì)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(huì)議執(zhí)行主席，中科院長(zhǎng)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(guó)科學(xué)院院士夏建白先后做了主題評(píng)述報(bào)告。報(bào)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(chǎng)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(cè)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(yùn)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(shì)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(jiǎng)，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(huì)效益。
申德振指出，我國(guó)在氮化鎵基短波LED領(lǐng)域整體水平與美日等發(fā)達(dá)國(guó)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(zhǎng)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(shí)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(huì)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(dòng)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(shí)，寬禁帶半導(dǎo)體的單體點(diǎn)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(guó)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(zhēng)取擁有更多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，推動(dòng)應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展。
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