新型半導(dǎo)體材料的研究和突破,常常導(dǎo)致新的技術(shù)革命和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.以氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料,是繼第一代半導(dǎo)體材料(以硅基半導(dǎo)體為代表)和第二代半導(dǎo)體材料(以砷化鎵和磷化銦為代表)之后,在近10年發(fā)展起來的新型寬帶半導(dǎo)體材料.  
    GaN半導(dǎo)體材料的商業(yè)應(yīng)用研究開始于1970年,其在高頻和高溫條件下能夠激發(fā)藍(lán)光的獨(dú)特性質(zhì)從一開始就吸引了半導(dǎo)體開發(fā)人員的極大興趣.但是GaN的生長(zhǎng)技術(shù)和器件制造工藝直到近幾年才取得了商業(yè)應(yīng)用的實(shí)質(zhì)進(jìn)步和突破.1992年被譽(yù)為GaN產(chǎn)業(yè)應(yīng)用鼻祖的美國(guó)Shuji Nakamura教授制造了第一支GaN發(fā)光二極管(LED);1999年日本Nichia公司制造了第一支GaN藍(lán)光激光器,激光器的穩(wěn)定性能相當(dāng)于商用紅光激光器.從1999年初到2001年底,GaN基半導(dǎo)體材料在薄膜和單晶生長(zhǎng)技術(shù)、光電器件方面的重大技術(shù)突破有40多個(gè).由于GaN半導(dǎo)體器件在光顯示、光存儲(chǔ)、激光打印、光照明以及醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,GaN器件的廣泛應(yīng)用將預(yù)示著光電信息乃至光子信息時(shí)代的來臨.因此,以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料被譽(yù)為IT產(chǎn)業(yè)新的發(fā)動(dòng)機(jī).近幾年世界各國(guó)政府有關(guān)機(jī)構(gòu)、相關(guān)企業(yè)、以及風(fēng)險(xiǎn)投資公司紛紛加大了對(duì)GaN基半導(dǎo)體材料及其器件的研發(fā)投入和支持.美國(guó)政府2002年要求用于GaN相關(guān)研發(fā)的財(cái)政預(yù)算超過5500萬美元.通用、飛利浦、Agilent等國(guó)際知名公司都已經(jīng)啟動(dòng)了大規(guī)模的GaN基光電器件商用開發(fā)計(jì)劃.風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)同樣表現(xiàn)出很大的興趣,近三年內(nèi)向該領(lǐng)域總計(jì)投入了約5億美元的資金.
    以氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料,內(nèi)、外量子效率高,具有高發(fā)光效率、高熱導(dǎo)率、耐高溫、抗輻射、耐酸堿、高強(qiáng)度和高硬度等特性,是世界上目前最先進(jìn)的半導(dǎo)體材料.它的研究開發(fā),不僅會(huì)帶來IT行業(yè)數(shù)字化存儲(chǔ)技術(shù)的革命,也將徹底改變?nèi)祟悅鹘y(tǒng)照明的歷史.  
    氮化鎵材料可制成高效藍(lán)、綠光發(fā)光二極管LED和激光二極管LD(又稱激光器),并可延伸到白光LED,用高效率藍(lán)綠光發(fā)光二極管制作的超大屏幕全色顯示,可用于室內(nèi)室外各種場(chǎng)合的動(dòng)態(tài)信息顯示,使超大型、全平面、高清晰、無輻射、低功耗、真彩色大屏幕在顯示領(lǐng)域占有更大的比重.高效率白光發(fā)光二極管作為新型高效節(jié)能固體光源,使用壽命超過10萬小時(shí),可比白熾燈節(jié)電5-10倍,達(dá)到了節(jié)約資源、減少環(huán)境污染的雙重目的.藍(lán)光半導(dǎo)體激光器用于制作下一代DVD,可比現(xiàn)在的CD光盤提高存儲(chǔ)密度20倍以上.另一方面,氮化鎵材料寬帶隙的特點(diǎn)也保證了它在高溫、大功率以及紫外光探測(cè)器等半導(dǎo)體器件方面的應(yīng)用前景,它具有高可靠性、高效率、快速響應(yīng)、長(zhǎng)壽命、全固體化、體積小等優(yōu)點(diǎn),在宇宙飛船、火箭羽煙探測(cè)、大氣探測(cè)、火災(zāi)等領(lǐng)域內(nèi)也將發(fā)揮重大作用.  
    預(yù)計(jì)在未來10年里,氮化鎵材料將成為市場(chǎng)增幅最快的半導(dǎo)體材料,到2006年將達(dá)到30億美元的產(chǎn)值,占化合物半導(dǎo)體市場(chǎng)總額的20%.同時(shí),作為新型光顯示、光存儲(chǔ)、光照明、光探測(cè)器件,可促進(jìn)上千億美元相關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)的新產(chǎn)業(yè)的形成.  
    我國(guó)政府高度重視第三代半導(dǎo)體材料的研究與開發(fā),氮化鎵基半導(dǎo)體材料及器件被列為國(guó)家“超級(jí)863”計(jì)劃項(xiàng)目.中科院半導(dǎo)體所是我國(guó)著名半導(dǎo)體材料及器件的研究機(jī)構(gòu),該所“國(guó)家光電子工藝中心”承擔(dān)了國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“藍(lán)光LED研制和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”.其藍(lán)光發(fā)光二極管和藍(lán)光激光器的設(shè)計(jì)、制備與工藝技術(shù)均處于國(guó)內(nèi)頂尖水平.最近,深圳方大集團(tuán)股份有限公司與中科院半導(dǎo)體研究所、南昌大學(xué)和深圳大學(xué)分別簽署了第三代半導(dǎo)體材料及器件科研成果產(chǎn)業(yè)化協(xié)議,方大集團(tuán)首期將投資8千萬元,形成年產(chǎn)1.2億只藍(lán)光發(fā)光二極管的生產(chǎn)能力.
    作為一種化合物半導(dǎo)體材料,GaN材料具有許多硅基半導(dǎo)體材料所不具備的優(yōu)異性能,包括能夠滿足大功率、高溫高頻和高速半導(dǎo)體器件的工作要求.其中GaN區(qū)別于第一和第二代半導(dǎo)體材料最重要的物理特點(diǎn)是具有更寬的禁帶,可以發(fā)射波長(zhǎng)比紅光更短的藍(lán)光
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