半導體晶體材料在光電子與射頻領域的應用正呈現技術突破與產業融合的雙重特征。光電子技術作為光子與電子融合的前沿領域,正通過材料創新與器件突破重塑產業格局。射頻技術作為無線通信的核心支撐,正隨著5G/6G、物聯網及智能化浪潮迎來爆發式增長。光電子與射頻技術的融合是當前信息通信領域的重要發展方向,其應用覆蓋光通信、無線傳輸、智能制造等多個領域。隨著半導體晶體材料的發展,將不斷突破光電子與射頻技術的發展邊界。
論壇現場
9月26-28日,“2025新一代半導體晶體材料技術及應用大會”于昆明召開。本次會議在第三代半導體產業技術創新戰略聯盟(CASA)、中關村半導體照明工程研發及產業聯盟(CSA)指導下,由云南臨滄鑫圓鍺業股份有限公司、極智半導體產業網、半導體照明網、第三代半導體產業主辦。云南鑫耀半導體材料有限公司、北京麥肯橋新材料生產力促進中心有限公司承辦。
期間,“光電子、射頻及應用”分論壇圍繞超寬禁帶及寬禁帶半導體外延材料、裝備、器件,激光器,光電探測等主題,來自產業鏈相關專家、高校科研院所及知名企業二十余位代表共同深入探討,追蹤最新進展。中國科學院半導體研究所研究員趙德剛,中國工程物理研究院上海激光等離子體研究所副總工程師、研究員隋展,廣東工業大學教授張紫輝,北京大學特聘副研究員王嘉銘,中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究員蔣科,廈門大學副教授盧衛芳共同主持了該論壇。
西安電子科技大學教授寧靜做了“超寬禁帶半導體范德華異質結構及器件研究”的主題報告,研究聚焦后摩爾時代前沿研究,聚焦于超寬禁帶半導體范德華異質結構筑新技術,取得多項原創突破:成功攻克在不同類型襯底上高質量外延寬禁帶半導體薄膜的關鍵瓶頸,實現了異質集成新材料及結構器件的創新研發,為后摩爾時代集成電路的可持續發展提供了新路徑。相關工作顯著拓展了范德華外延半導體器件的功能與應用邊界,為構建新一代高性能電子信息系統奠定了關鍵科學基礎。
北京大學特聘副研究員王嘉銘做了“Ⅲ族氮化物AlGaN基紫外發光器件結構堆垛研究”的主題報告,目前,紫外LED面臨著電光轉換效率較低的瓶頸問題,極大地限制了其產業化發展。報告圍繞AlN及AlGaN異質外延薄膜位錯密度降低、空穴高效注入等方面進行展開,有效優化器件結構堆垛,以此提高紫外LED器件性能。
云南大學物理與天文學院研究員史衍麗做了“1550nm InP/InGaAs單光子探測器”的主題報告,分享了相關研究成果,研究通過采用能帶-電場-工藝三元協同調控工程,對材料結構完成優化設計,利用創新的芯片工藝,建立均勻的雪崩電場,實現了室溫門控高性能單光子探測器,相比目前國際上報道的同類單光子探測器,相同探測效率下暗計數率低一個量級,為新一代室溫單光子探測器奠定了堅實的實驗和理論基礎。研究還進一步研制了單光子探測器陣列,并成功實現了對弱光的成像演示。
國家第三代半導體技術創新中心(蘇州)、江蘇第三代半導體研究院有限公司異質集成先進鍵合研發中心主任梁劍波做了“GaAs與Si及GaN的常溫異質接合研究“的主題報告。報告指出,通過引入表面活化接合技術(Surface Activated Bonding, SAB),利用等離子體或離子束去除表面氧化層與雜質,在原子尺度上實現界面的清潔與高活性,從而在室溫條件下實現了原子級的結合。研究顯示,GaAs與Si、GaN的常溫接合技術突破了傳統熱學與力學限制,成功實現了高質量的半導體異質集成,并為光電子與功率電子領域提供了一種具有革新性的技術平臺。
中國電子科技集團首席專家,中國電子科技集團公司第十八研究所副總工程師孫強做了”砷化鎵高效多結太陽電池技術和應用進展“的主題報告,報告指出,當前研究涵蓋晶格匹配多結電池、晶格失配正向生長多結電池、晶格失配倒置生長多結電池以及半導體鍵合多結電池等多種技術路線。目前,4英寸和6英寸剛性電池已實現產品化生產,柔性薄膜高效多結電池產品則以4英寸為主。研發水平下,電池光電轉換效率已達36%(AM0,25℃),批量產品效率超過33%(AM0,25℃)。研究綜述了砷化鎵高效多結太陽電池的研究與應用進展,并對其未來應用前景及性能提升趨勢進行了展望。
河南仕佳光子科技有限公司副總經理黃永光做了“CW DFB激光器研究進展 ”的主題報告,高溫、高飽和功率的DFB激光器芯片是高速硅光模塊和共封裝光學(CPO)的核心光源,隨著800G和1.6T光模塊和CPO的發展,對CW DFB光源也提出了一些新的要求。應對新興需求,報告介紹了仕佳光子工作近年在該領域的主要進展,展示O波段100mW ,200mW,400mW 和1W的DFB激光器結果。
中國電子科技集團公司第四十八研究所工藝負責人,高級工程師謝添樂做了“寬禁帶化合物半導體外延關鍵裝備解決方案”的主題報告,報告以器件發展趨勢為牽引,分析現階段SiC、GaN、Ga2O3等寬禁帶化合物半導體外延工藝特點及遇到的瓶頸問題,提出外延工藝所需的裝備的功能及性能指標,并從裝備研制的視角出發,通過采用機理分析、模擬仿真等多種手段助力關鍵零部件正向設計,最終形成一系列寬禁帶化合物半導體外延關鍵裝備解決方案。
中國科學院半導體研究所研究員楊曉光做了“硅基Ⅲ-V族材料外延及異質集成研究進展”的主題報告,著重介紹了近年來在基于分子束外延(MBE)和金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)等方法制備硅基III-V族低維結構材料,并研發高溫高功率硅基激光器、雙極性場效應晶體管等集成器件方面的研究工作,以期為高性能硅基III-V集成提供思路和方法。
高功率半導體激光器集成技術作為光子科技與半導體產業融合的前沿領域,在向著向更高效率、更小體積和更低成本演進,成為智能制造與能源轉型的關鍵技術支撐。山東華光光電子股份有限公司戰略行業部副總經理、高級工程師邸鶴鶴做了“高功率半導體激光器集成技術研究”的主題報告,分享了最新研究成果。
氮化鎵(GaN)基紫外光電子材料的外延技術是當前半導體領域的研究熱點,正從基礎研究向產業化快速推進,其突破將推動紫外通信、生物醫療等領域的自主發展。中國科學院半導體研究所研究員趙德剛做了“氮化鎵基紫外光電子材料外延技術”的主題報告,分享了最新研究進展。
中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究員蔣科做了“基于三族氮化物半導體異質結的光憶阻器研究”的主題報告,其團隊開發出一種基于AlScN/GaN異質結的肖特基二極管型非易失性光電雙工憶阻器,結合了AlScN材料優異的鐵電特性和GaN材料的優異光電特性,使其在電學和光電存儲兩種模式下均展現出了卓越的性能。針對AlScN器件多阻態存儲調控功能,設計并開發出一種基于AlScN/p-i-n GaN異質結的紫外光電突觸器件。利用AlScN的鐵電極化特性和GaN的優異光電性能,基于異質結處空穴的俘獲與解俘獲機制成功構建了一種新型的紫外光電突觸器件。先進AlScN存儲器件的開發與實現,為未來智能計算、新型數據存儲和先進人工視覺系統的發展提供了新的技術路徑。
氮化硼作為超寬帶隙半導體,其研究正從基礎物性探索向實用化器件快速推進,未來或將在深紫外光電子、高頻功率器件等領域實現突破。吉林大學助理研究員龍澤做了“超寬帶隙半導體氮化硼材料生長與器件研究”的主題報告,分享了最新研究成果。
hBN薄膜的異質外延與剝離特性研究是二維材料器件集成、光電子學及量子技術發展的關鍵,其突破將推動新一代高遷移率、低功耗電子器件的實用化。西安交通大學副教授李強做了“單晶六方氮化硼薄膜異質外延及其剝離特性”的主題報告。
廈門大學副教授盧衛芳做了“GaN/InGaN基核-殼納米結構選區外延及Micro-LED器件制備研究”的主題報告,研究采用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)選區外延技術,系統研究了GaInN/GaN核-殼納米結構的可控生長與缺陷調控機制。通過優化結構設計和關鍵生長參數,有效抑制了c面外延和缺陷遷移,顯著提高了納米線Micro-LED器件的電注入效率和發光均勻性。
廣東工業大學教授張紫輝做了“GaN功率半導體器件仿真建模與制備研究”的主題報告,對GaN功率半導體器件開展詳細討論,詳細闡述半導體器件仿真技術在GaN功率半導體器件設計和制備過程中的關鍵作用,同時深入探討影響半導體器件性能指標的關鍵因素,并開發出GaN功率半導體材料與器件相關的數理模型,助力半導體制造領域的發展。
高功率疊陣激光器正朝著更高功率密度和更優光束質量發展。山東華光光電子股份有限公司激光二部副總經理孫素娟做了“高功率疊陣激光器產品及相關技術”的主題報告,分享了相關最新進展及趨勢。山東華光光電子股份有限公司激光二部副總經理孫素娟做了“高功率疊陣激光器產品及相關技術”的主題報告。
廈門大學助理教授梅洋做了“GaN基VCSEL技術進展”的主題報告,GaN基VCSEL目前關鍵技術難點主要在于高反射率布拉格反射鏡(DBR)的外延生長、高增益有源區、高效電流注入、以及器件散熱等。報告著重介紹了在藍綠光VCSEL中能帶調控、Si基GaN VCSEL以及具有曲面DBR的平凹腔GaN基VCSEL的最新研究進展。
云南大學材料與能源學院研究員、云南省重點實驗室副主任,云南中科鑫圓晶體材料有限公司科技副總經理王茺做了“GaSb基異質薄膜的磁控濺射生長機理及其光電探測性能研究”的主題報告。報告顯示,團隊利用GaSb襯底晶格常數與InAs材料晶格常數相近的特點,通過磁控濺射法,制備了GaSb薄膜材料作為緩沖層,開展了非晶GaSb薄膜退火晶化研究,通過分析生長參數對于GaSb薄膜結晶與退火晶化的影響,制備了高質量、均勻平整的GaSb薄膜。首次通過磁控濺射法在GaSb襯底表面外延出(111)取向的多晶InAs薄膜,通過探究InAs薄膜退火氧化效應的影響,采用磁控儀在襯底解析溫度以制備出大晶粒尺寸、低晶界密度的InAs薄膜。磁控共濺射法制備GaInAsSb薄膜,并研究了不同生長溫度的影響。為磁控濺射法生長Ⅲ-Ⅴ族半導體薄膜開辟了新的研究途徑。
中國科學院半導體研究所研究員徐馳做了“從氣體源到器件:面向下一代信息技術的硅-鍺-錫類半導體全流程研究”的主題報告,分享了相關研究成果。研究聚焦硅基IV族材料的氣相異質外延,覆蓋高活性氣體源-材料外延-器件制備-半導體物理探索的全流程。報告涉及基于商用氣體源的硅基IV族材料外延與摻雜、IV族高活性氣體源與摻雜源的開發及利用、硅基IV族光電子器件的研制、硅基IV族材料的半導體物理等研究內容。
隨著6G、量子計算、深空探測等技術的發展,寬禁帶半導體光電探測研究的戰略價值將進一步凸顯。復旦大學寧波研究院寬禁帶半導體材料與器件研究所副所長馬宏平做了“寬禁帶半導體光電探測研究”的主題報告,分享了最新研究進展。復旦大學寧波研究院寬禁帶半導體材料與器件研究所副所長馬宏平做了“寬禁帶半導體光電探測研究”的主題報告。
昆明物理研究所高級工程師董衛民做了“紅外探測用半導體單晶材料研究”的主題報告。昆明物理研究所長期致力于紅外半導體單晶材料的研制與工程化應用,先后開發了包括CdZnTe、InSb、GaSb、InAs等在內的多種關鍵材料體系,報告系統介紹昆明物理所在紅外半導體單晶領域的最新研究進展,重點闡述其在晶體生長、缺陷控制、以及襯底制備等方面的技術突破,并介紹相關材料在光電探測器件研制中的最新應用成果。
鍺錫合金作為一種新興的半導體材料,因其可調諧的帶隙和優異的載流子遷移率,在近紅外光電器件領域展現出重要潛力。廈門大學助理教授林光楊做了“鍺錫物理氣相沉積及其光電器件應用”的主題報告,分享了相關研究成果。
云南師范大學副教授,昆明云鍺科技副總郭杰做了“鍺硫屬化合物Ge-VIA(GeS/GeSe/GeTe)二維材料的電子結構和光學特性研究”的主題報告,報告采用第一性原理,系統研究了鍺硫屬化合物Ge-VIA(GeS/GeSe/GeTe)二維材料的晶體結構、電子結構和光學特性;開展了過渡金屬(Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)的Ge位摻雜對穩定性、能帶結構和光學特性的影響研究;分析了不同3d電子態對GeS/GeSe/GeTe價帶和導帶的貢獻度,以及對光伏和光催化性能的影響;展望了鍺硫屬化合物Ge-VIA在光電子材料和器件的應用前景。
(會議內容詳情,敬請關注半導體產業網、第三代半導體公號)