第2章　Ⅲ族氮化物半导体材料

新材料是高技术和新兴产业的基础和先导，半导体材料和器件是支撑现代社会发展的主要科学和技术基础之一，没有Si材料和集成电路的问世，就不会有今天的微电子技术和产业，没有GaAs、InP等为代表的化合物半导体材料的突破，就不会有今天的光通信、移动通信和数字化高速信息网络技术。在科学技术高速发展需求的驱动下，半导体材料体系已经从Si、Ge为代表的第一代半导体，GaAs、InP为代表的第二代半导体，发展到以Ⅲ族氮化物宽禁带半导体为代表的第三代半导体，成为当前半导体科学技术发展的主要领域之一。

Ⅲ族氮化物（又称GaN基）半导体由InN、GaN、AlN三种直接带隙化合物半导体及其组分可调的三元、四元合金组成，其禁带宽度从InN的0.63eV到AlN的6.2eV连续可调，覆盖了从红外光到紫外光的波长范围，是迄今禁带宽度调制范围最宽的半导体体系，并具有一系列优异的物理和化学性质。

自20世纪90年代初GaN的外延生长和掺杂技术取得重大突破以来，Ⅲ族氮化物半导体的研究和产业开发以GaN为核心，在基于InGaN/GaN量子阱材料的蓝光、白光LED和基于AlGaN/GaN异质结构材料的HEMT器件等方面取得了重大进展，直接导致了半导体照明、高功率微波技术和产业的高速发展。进入21世纪之后，科学技术的迅猛发展推动着Ⅲ族氮化物半导体材料和器件向高功率、低能耗、大电压、多波段、超快响应、超高容量、微型化和高集成度方向发展，同时信息、能源、交通等领域的高新技术产业发展和国家的国防安全对Ⅲ族氮化物宽禁带半导体材料和器件提出了新的要求，成为Ⅲ族氮化物半导体材料和器件迅猛发展新的驱动力。

Ⅲ族氮化物半导体完全属于人工材料，其高质量材料的制备技术是决定Ⅲ族氮化物宽禁带半导体发展和应用的核心环节。因此，国际上一般认为，谁能解决好高质量Ⅲ族氮化物半导体及其低维量子结构的外延制备问题，并实现产业化应用，谁将会占据第三代半导体研究和产业化的战略制高点。

总之，无论是从提高我国半导体科学技术创新能力和产业竞争力、满足节能减排、产业升级和国家安全需求，还是从半导体材料科学自身发展出发，都对Ⅲ族氮化物半导体为代表的第三代半导体提出了迫切要求。本章将根据国家重大需求，结合国际上Ⅲ族氮化物半导体研究的发展趋势，介绍Ⅲ族氮化物半导体材料、器件及其应用的主要方向，包括衬底材料制备、外延技术和外延生长、以LED为代表的光电子器件及其主要应用、以HEMT为代表的电子器件及其主要应用，并对我国Ⅲ族氮化物半导体产业发展的现状和发展趋势进行分析，希望对促进我国Ⅲ族氮化物半导体研发和相关高新技术产业的发展有所裨益。