深圳平湖实验室研究团队对超宽禁带半导体技术研究进展及技术规划

张道华院士：超宽禁带半导体氧化镓和氮化铝特性研究

以氧化镓、氮化铝在内的超宽禁带半导体具有禁带宽度大，击穿电场和功率密度高，抗辐射能力强等特点，在高温、高压和高辐射等极端环境下的应用方面具有显著优势。目前超宽带隙半导体的挑战主要集中在材料性能的提升，掺杂和缺陷的调控以及成本的降低。

近期，深圳平湖实验室第四代半导体首席科学家、新加坡工程院院士张道华做了“超宽禁带半导体氧化镓和氮化铝特性研究”的主题报告，讨论超宽带隙半导体的研究状况和主要问题，分享了实验室团队近来在氧化镓和氮化铝的理论研究和材料表征等方面所做的工作。同时介绍了深圳平湖实验室在宽带隙隙和超宽带隙半导体研究方面的布局和规划，基础和配套设施，以便于同仁合作，共同推动宽带隙半导体科学和技术的发展。

报告分享了氧化镓和氮化铝研究进展。涉及氧化镓能带结构调控，包括 β 相氧化镓晶体结构、不同金属在固溶体中的站位、不同金属固溶体的能带结构、不同金属固溶体种空穴平均有效质量、铑固溶体中晶向分布等研究进展，以及氮化铝/富鋁镓氮光致发光测量，包括光学表征系统、氮化铝外延光致发光和少子寿命、富铝镓氮光致发光等研究进展。

报告显示，氧化镓面临着价带平坦，空穴质量大，空穴迁移率低，氧化镓p-型掺杂难，β-Ga2O3 的热导率低等挑战。49 种金属多数替换六配位 Ga-I 位原子更稳定。多数固溶构型有效质量减小，其中 β-(Rh0.25Ga0.75)2O3 的数值为 β-Ga2O3 的 52.3%。β-(RhxGa1-x)2O3 价带顶能级显著上升，上升的幅度位于 1.35~2.95 eV 范围内。氮化铝面临着 AlN 掺杂较难控制，Si 掺杂形成 DX 中心，激活能增加至 200 meV；高掺 Si 出现补偿膝效应，形成 VAl + nSiAl，导致电子浓度随着 Si 掺杂增加反而降低；AlN 材料中拟合 Mg 激活能为 630 meV；欧姆接触电阻大，加之 AlN 亲合能低，导致比接触电阻率高等挑战。

平湖实验室的研发方向涉及 SiC 器件及工艺、GaN 器件及工艺、第三代跃升、第四代材料与器件等。报告指出，低碳化、电气化、智能化是实现碳中和的关键要素。工业革命伴随着能源革命，绿色、低碳、智能世界加速到来。科技改变未来，深圳平湖实验室将搭建研究与产业的桥梁，面向多种应用前景，与合作伙伴并肩突破，共创未来。

嘉宾简介

张道华，曾任新加坡光电协会主席，南洋理工大学竞争性研究项目审查委员会成员，电力与电子工程学院教授，电力与电子工程学院卓越研究计划委员会主任,微电子学系副主任，半导体发光显示中心副主任等职。他主持完成了 30 多个研究项目，包括新加坡第一批，南大第一个千万新元项目，被包括诺贝尔奖金获得者的评审团评定为“杰出世界级研究进展”。张道华目前是深圳平湖实验室第四代半导体首席科学家。他是物理学会（FInstP）和工程技术学会（FIET）会士，新加坡工程院院士 (FSAEng)。

关于平湖实验室

国家第三代半导体技术创新中心（深圳）于 2021 年 12 月由科技部授牌，2022 年 8 月由深圳市科技创新局举办成立深圳平湖实验室作为主体运营单位，围绕 SiC 和 GaN 及下一代先进功率电子材料及器件、核心装备及零部件、配套材料等领域，开展核心技术攻关。

实验室位于深圳市龙岗区罗山科技园，占地面积 130 亩，100 级洁净间面积 9500 平米，拥有业界领先的宽禁带功率半导体基础设施，国际、国内各类先进设备 380 余台套。实验室人力规模 350 人，汇聚海内外顶尖人才，打造面向全国的开放、公共、共享的科研、中试和分析检测平台，共同构建可持续发展的未来。

来源：亚洲氧化镓联盟

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