什么是第三代半導(dǎo)體？
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今經(jīng)歷了三個(gè)階段：硅材料，砷化鎵材料，再到以氮化鎵、碳化硅為代表的寬禁帶半導(dǎo)體（Wide bandgap semiconductor）。
第一代半導(dǎo)體材料以硅為代表，引發(fā)了集成電路（IC）為核心的微電子領(lǐng)域迅速發(fā)展。第二代半導(dǎo)體材料以砷化鎵為代表，使半導(dǎo)體材料的應(yīng)用進(jìn)入光電子領(lǐng)域，尤其是在紅外激光器和高亮度的紅光二極管等方面。第三代半導(dǎo)體材料的興起，則是以氮化鎵（GaN）材料p 型摻雜的突破為起點(diǎn)，以高亮度藍(lán)光發(fā)光二極管（LED）和藍(lán)光激光器（LD）的研制成功為標(biāo)志，包括氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）、金剛石等寬禁帶材料。
幾種典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料
第三代半導(dǎo)體有哪些優(yōu)勢(shì)？
第三代半導(dǎo)體與前兩代半導(dǎo)體最大的區(qū)別是禁帶寬度更寬，可以跨越從0.7-6.2eV，所以我們又稱之為寬禁帶半導(dǎo)體材料。其具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率等特點(diǎn)，逐步受到重視。
典型半導(dǎo)體材料特性參數(shù)對(duì)比
最為典型的三族氮化物目前主要用于發(fā)光，通過(guò)改變材料的組分，其發(fā)射波長(zhǎng)可以覆蓋從紫外到紅外。
三族氮化物中的翹楚——氮化鎵，帶隙3.4eV，在高功率、高速的光電元件中已有應(yīng)用，目前商用藍(lán)光GaN芯片已經(jīng)做到非常成熟，能夠做到80%以上的效率。以及紫光（405nm）激光大量應(yīng)用。
2014年10月7日，赤崎勇、天野浩和中村修二（名字從左到右分別對(duì)應(yīng)）因發(fā)明“高效藍(lán)色發(fā)光二極管”而獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
GaN LED芯片的發(fā)光原理及結(jié)構(gòu)示意圖
2014年10月7日，赤崎勇、天野浩和中村修二（名字從左到右分別對(duì)應(yīng)）因發(fā)明“高效藍(lán)色發(fā)光二極管”而獲得2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
第三代半導(dǎo)體的光致發(fā)光光譜測(cè)量
光致發(fā)光光譜定義為當(dāng)一束光子能量足夠高（大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg）的激光入射到半導(dǎo)體材料上，會(huì)將價(jià)帶的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，從而在該材料中產(chǎn)生大量的電子空穴對(duì)，形成非平衡載流子。這些非平衡載流子隨即通過(guò)各種散射過(guò)程快速弛豫到相應(yīng)能帶的底部，最后發(fā)生復(fù)合產(chǎn)生熒光。采集該復(fù)合發(fā)光的光譜即稱為光致發(fā)光光譜。
PL過(guò)程實(shí)際上是電子從較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷的過(guò)程中釋放出光子，釋放出的光子能量由這些高低能級(jí)的能量差來(lái)決定，其揭示了材料內(nèi)部能級(jí)位置。
PL測(cè)量有以下幾種表征方式及意義：
1)室溫PL測(cè)量主要可以分析材料的帶邊發(fā)光以及缺陷發(fā)光，以及材料表面的均勻性分析。
2)低溫PL主要分析材料的發(fā)光特性如施主、受主發(fā)光，深能級(jí)或淺能級(jí)缺陷發(fā)光。
3)變溫PL可以根據(jù)光譜隨溫度變化趨勢(shì)來(lái)進(jìn)一步指認(rèn)發(fā)光峰的性質(zhì)。
4)變功率PL則根據(jù)改變注入載流子濃度來(lái)分析材料的性質(zhì)。
5)時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL），包含時(shí)間分辨發(fā)射光譜和熒光壽命衰減曲線兩種，用于了解載流子弛豫過(guò)程，有時(shí)候載流子的空間擴(kuò)散也會(huì)體現(xiàn)在時(shí)間分辨光譜中。
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