第三代半导体材料

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国家出版基金项目

十二五国家重点出版物出版规划项目

“”

中国战略性新兴产业———新材料

第三代半导体材料

中国材料研究学会组织编写

丛书主编黄伯云

丛书副主编韩雅芳

编著郑有炓吴玲沈波等

单页

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内容简介

中国战略性新兴产业新材料丛书是中国材料研究学会组织编写的被新闻出版广电

“———”,

总局批准为十二五国家重点出版物出版规划项目并获年度国家出版基金资助丛书

“”,2016。

共分册涵盖了新型功能材料高性能结构材料高性能纤维复合材料等种重点发展材

16,、、16

料本分册为第三代半导体材料

。《》。

本书主要论述了族氮化物半导体材料半导体材料宽禁带氧化物半导体材料金刚

Ⅲ、SiC、、

石材料的基本理论制备技术相关电子器件及其发展现状和趋势半导体照明的现状发展趋

、、,、

势竞争格局并论述了我国第三代半导体材料产业的战略意义及发展战略

、,。

本书可供新材料科研院所高等院校新材料产业界政府相关部门新材料中介咨询机构

、、、、

等领域的人员参考也可作为高等院校相关专业的大学生研究生的教材或参考书

,、。

图书在版编目(CIP)数据

中国战略性新兴产业新材料第三代半导体材料郑有炓等

../

编著北京中国铁道出版社

.—:,2017.12

ISBN978-7-113-23973-2

中郑新兴产业产业发展研究中国

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①---

半导体材料产业发展研究中国

②---Ⅳ.①F121.3②TN304

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2017)269723

中国战略性新兴产业新材料

书名:———

第三代半导体材料

作者:郑有炓吴玲沈波等编著

策划:李小军读者热线:

(010)63550836

责任编辑:李小军许璐绳超

封面设计:

封面制作:刘颖

责任校对:张玉华

责任印制:郭向伟

出版发行:中国铁道出版社北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

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印刷:中煤p北京印p务有限公司

()

版次:年月第版年月第次印刷

20171212017121

开本:印张字数千

787mm×1092mm1/16:21.75:472

书号:

ISBN978-7-113-23973-2

定价:元

98.00

版权所有侵权必究

凡购买铁道版图书如有印制质量问题请与本社教材图书营销部联系调换电话

,,。:(010)63550836

打击盗版举报电话

:(010)51873659

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前言

“中国战略性新兴产业———新材料”丛书是中国材料研究学会组织编写的,被新闻出

版广电总局批准为“十二五”国家重点出版物出版规划项目。

根据国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,新材料被列为我国战略

性新兴产业之一。本丛书定位为:从战略性新兴产业的高度,着重论述该类新材料在国民

经济和国防建设重大工程和项目中的地位和作用、技术基础、最新研究成果、应用领域及

发展前景。其特点在于体现一个“新”字,即在遵守国家有关保密规定的前提下论述当代

新材料的最先进的工艺和最重要的性能。它代表当代全球新材料发展主流,对实现可持

续发展具有重要的现实意义和深远的指导意义。丛书共分册,涵盖了新型功能材料、

16

高性能结构材料、高性能纤维复合材料等种重点发展材料。本分册为《第三代半导体

16

材料》。

本书主要论述了族氮化物半导体材料、半导体材料、宽禁带氧化物半导体材

ⅢSiC

料、半导体金刚石材料的基本理论、制备技术、相关电子器件及其发展现状和趋势,半导体

照明的现状、发展趋势、竞争格局,并论述了我国第三代半导体材料产业的战略意义和发

展战略。

本书由中国科学院院士、南京大学教授郑有炓,国家半导体照明工程研发及产业联盟

秘书长、科技部“第三代半导体材料”项目管理办公室主任、研究员吴玲,国家半导体照明

工程研发及产业联盟研究员沈波等人编著。

限于时间和资料收集等原因,疏漏之处在所难免,欢迎广大读者批评指正。

编著者

年月

201710

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目录

第1章概论…………………

1

第三代半导体材料的概念和发展历程………………

1.11

第三代半导体材料的概念………

1.1.11

第三代半导体材料的发展历程…………………

1.1.22

第三代半导体材料的结构性质及应用………………

1.25

族氮化物半导体材料的结构性质及应用……

1.2.1Ⅲ5

半导体材料的结构性质及应用……………

1.2.2SiC6

宽禁带氧化物半导体材料的结构性质及应用…………………

1.2.36

半导体金刚石材料的结构性质及应用…………

1.2.47

第三代半导体材料的应用前景展望…………………

1.38

族氮化物半导体材料的应用前景……………

1.3.1Ⅲ8

半导体材料的应用前景……………………

1.3.2SiC9

宽禁带氧化物半导体材料的应用前景…………

1.3.39

半导体金刚石材料的应用前景………………

1.3.410

参考文献……………………

11

第2章Ⅲ族氮化物半导体材料…………

12

族氮化物半导体材料的基本性质………………

2.1Ⅲ13

族氮化物半导体材料的晶体结构…………

2.1.1Ⅲ13

族氮化物半导体材料的能带结构…………

2.1.2Ⅲ14

族氮化物半导体材料的基本物理性质……

2.1.3Ⅲ14

族氮化物半导体材料的极化特性…………

2.1.4Ⅲ16

族氮化物半导体材料的制备技术………………

2.2Ⅲ18

蓝宝石异质衬底技术…………

2.2.118

族氮化物同质衬底制备技术………………

2.2.2Ⅲ21

氮化镓和氮化铝衬底材料……

2.2.3(GaN)(AlN)32

金属有机化学气相沉积外延生长方法…………

2.2.4(MOCVD)46

分子束外延生长方法…………………

2.2.5(MBE)51

氮化铟和铟镓氮外延生长……

2.2.6(InN)(InGaN)54

单页

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ⅹ第三代半导体材料

氮化铝和铝镓氮外延生长…………………

2.2.7(AlN)(AlGaN)62

硅衬底上的外延生长………………

2.2.8(Si)GaN65

族氮化物光电子器件及应用……………………

2.3Ⅲ70

蓝光白光发光二极管及其半导体照明应用…………

2.3.1、(LED)70

蓝绿光激光器及其应用…………………

2.3.2(LD)76

紫外光及其应用…………

2.3.3LED83

紫外光激光器及其应用………

2.3.487

紫外光电探测器及其应用……………………

2.3.592

族氮化物电子器件及应用………

2.4Ⅲ96

基异质结构中二维电子气的电学性质…………………

2.4.1GaN96

微波功率电子器件及其应用…………………

2.4.298

电力电子器件及其应用………

2.4.3101

国内外族氮化物材料产业发展现状及趋势……

2.5Ⅲ104

基照明材料产业…………………

2.5.1GaNLED104

基微波半导体材料与器件产业…………

2.5.2GaN107

基电力电子器件及材料产业……………

2.5.3GaN109

参考文献…………………

111

第3章SiC半导体材料…………………

118

半导体材料的基本性质………

3.1SiC118

的晶体结构………………

3.1.1SiC118

半导体材料的基本性质…………………

3.1.2SiC120

单晶材料的研究进展……………………

3.1.3SiC121

半导体材料的制备技术………

3.2SiC125

单晶生长技术……………

3.2.1SiC125

单晶衬底加工技术………

3.2.2SiC137

化学气相沉积法外延生长技术…………………

3.2.3SiC(CVD)140

半导体器件及相关应用………

3.3SiC154

功率半导体器件及其应用……………………

3.3.1154

紫外光电探测器及其应用………………

3.3.2SiC159

高温传感器及其应用……………………

3.3.3SiC162

国内外半导体材料产业发展现状及趋势……

3.4SiC165

半导体材料产业的市场…………………

3.4.1SiC165

衬底的产业现状和发展趋势……………

3.4.2SiC167

分立器件的产业现状和发展趋势………

3.4.3SiC169

功率模块的产业现状和发展趋势………

3.4.4SiC170

双页

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目录ⅺ

参考文献…………………

171

第4章宽禁带氧化物半导体材料……………………

176

引言…………………

4.1176

氧化物半导体材料的基本概况………………

4.1.1176

氧化物半导体材料的基本问题………………

4.1.2176

氧化物半导体材料的整体发展状况…………

4.1.3177

氧化锌半导体材料及器件…………………

4.2(ZnO)181

的晶体结构与基本性质…………………

4.2.1ZnO181

材料制备…………………

4.2.2ZnO194

半导体器件应用及研究进展……………

4.2.3ZnO200

铟镓锌氧透明氧化物材料及器件………

4.3(IGZO)205

薄膜材料的结构与性质………………

4.3.1IGZO205

薄膜的制备技术………

4.3.2IGZO206

薄膜晶体管器件制备及其性质………………

4.3.3IGZO(TFT)208

器件的电学稳定性………………

4.3.4IGZOTFT209

器件的显示技术应用……………

4.3.5IGZOTFT211

氧化镓材料及器件……………………

4.4(β--Ga2O3)212

晶体的结构和基本性质……………

4.4.1β--Ga2O3212

晶体的主要生长方法………………

4.4.2β--Ga2O3213

晶体在透明导电氧化物薄膜方面的应用…………

4.4.3β--Ga2O3214

晶体在日盲紫外探测器及气体传感器方面的应用………………

4.4.4β--Ga2O3215

晶体在功率电子器件方面的应用…………………

4.4.5β--Ga2O3216

钙钛矿材料及器件…………………

4.5217

钙钛矿材料晶体结构…………

4.5.1217

钙钛矿材料及其发光特性……………………

4.5.2219

钙钛矿型太阳能电池及其发展动态…………

4.5.3224

钙钛矿材料电学特性和器件应用……………

4.5.4231

宽禁带氧化物半导体材料的应用展望……………

4.6232

宽禁带氧化物半导体的近期应用……………

4.6.1233

宽禁带氧化物半导体的预期应用……………

4.6.2234

宽禁带氧化物半导体的潜在应用……………

4.6.3236

参考文献…………………

237

第5章半导体金刚石材料……………

247

半导体金刚石材料的基本性质……………………

5.1247

单页

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ⅻ第三代半导体材料

金刚石晶体概述………………

5.1.1248

金刚石的基本性质……………

5.1.2253

半导体金刚石材料的制备技术……………………

5.2259

高压高温法…………

5.2.1(HPHT)259

法………………………

5.2.2CVD260

微波等离子体法………………

5.2.3261

单晶金刚石衬底的制备………

5.2.4264

单晶金刚石薄膜同质外延……………………

5.2.5267

单晶金刚石薄膜异质外延……………………

5.2.6267

多晶金刚石薄膜的生长………

5.2.7271

金刚石的掺杂与接触…………

5.2.8273

半导体金刚石器件及相关应用……………………

5.3277

金刚石基电子器件……………

5.3.1277

金刚石基发光器件……………

5.3.2282

金刚石基探测器和传感器……………………

5.3.3285

半导体金刚石材料的产业现状与发展趋势………

5.4290

半导体金刚石材料的产业现状………………

5.4.1290

半导体金刚石材料的产业发展趋势…………

5.4.2290

参考文献…………………

292

第6章第三代半导体材料光电应用———半导体照明………………

298

半导体照明概述……………………

6.1298

产业链环节及产品……………

6.1.1299

产业链关键技术………………

6.1.2300

半导体照明产业发展现状与趋势…………………

6.2301

国际发展态势…………………

6.2.1301

中国发展态势…………………

6.2.2305

半导体照明未来发展趋势……………………

6.2.3311

新型行业组织发展模式探索…………………

6.2.4312

中国半导体照明产业竞争格局及面临形势………

6.3317

半导体照明产业发展竞争格局重塑…………

6.3.1317

中国半导体照明产业发展面临的形势………

6.3.2319

中国半导体照明产业发展对策建议………………

6.4