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摘要
GaN、AlGaN 和 InGaN 等宽带隙 (WBG) 半导体的应用范围从照明和紫外线 (UV) 技术到高功率、抗辐射、高温、太赫兹 (THz) 和亚太赫兹电子和热电子学. 纤锌矿（六边形）对称性使这些材料与传统的立方半导体截然不同。与纤锌矿晶体结构相关的自发极化和压电极化在 AlGaN/GaN、AlInN/GaN 和 AlGaN/InGaN 界面产生二维电子气，其片层浓度比 Si CMOS 中的高 10 到 20 倍。高载流能力和高击穿场使这些材料非常适合高功率应用。通过改变摩尔分数来调整 AlxGa1-xN 和 InxGa1-xN 的能隙会改变它们发射或吸收的光的波长，并使光和紫外线发射器、太阳能电池和光电探测器在太赫兹和红外线到深紫外线范围内工作。使用 InGaN 的蓝色、绿色和白色 LED 彻底改变了智能固态照明。AlGaN UV LED 用于水净化、对抗抗生素抗性细菌和病毒，并显着延长产品储存时间。InN、ZnO 和 BN 具有与 AlN/GaN 系列竞争的潜力。金刚石不仅作为记录散热的基材重新出现，而且作为可行的太赫兹探测器材料重新出现。WBG 技术有许多难以解决的问题。WBG 材料中的高位错密度导致深 AlGaN UV LED 的效率低和高功率器件的可靠性问题。
介绍
硅技术正走向成熟。自从达到 20 nm 特征以来，每个 Si 晶体管的成本一直在随着特征尺寸的减小而攀升（见图 1a），并且硅有望在电力电子领域占据主导地位（见图 1b）。电子和光子学的下一个突破将依赖于包括 WBG 半导体在内的新材料。0WBG器件的现有和潜在应用远不止于此电力电子，包括蓝光、绿光、白光和紫外线发射器、 固态照明 水、食品、空气消毒、生物制剂检测、皮肤病学、可见盲光电探测器33、34，大功率开关35个大功率微波开关， 无线通信电源、恶劣环境和高温电子38,39、声表面波40、41,42设备、声光电子43、44、热释电传感器45、46和太赫兹和亚太赫兹电子47、48、49。Nitride50,51 和 SiC52,53,54 材料和器件已经商业化.
宽带隙半导体的材料特性
许多宽带隙材料（例如 GaN 或 AlN）与硅之间的主要区别在于对称性。大多数宽带隙材料具有纤锌矿晶体结构（见图 10），因此具有热电特性。正如 1969 年首次指出的那样，热电材料中的自由载流子屏蔽了极化。在铁电半导体中，这种效应导致电场的传播域（见图 11a）。在 AlGaN/GaN 异质结构中，压电和自发极化变化吸引自由电子或空穴（取决于晶体取向），从而产生空穴气体的二维电子（见图 11b）。
图 略
宽带隙半导体技术
外延生长技术、金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 是决定材料质量以及器件性能和可靠性的关键技术。图 17 显示了迁移增强型 MOCVD（MEMOCVD™，它使我们能够将位错密度降低一个数量级以上。MEMOCVD™ 技术还能够生长精确的异质结构和 AlGaN/GaN 渗透结构，从而允许实现透明的 p-用于深紫外 LED 的类型触点。
结论
硅技术正走向成熟，WBG 半导体在射频电力电子、电力电子、亚太赫兹和太赫兹电子和传感领域与硅竞争。它们支持从固态照明到发射深紫外线辐射的光子应用。不同的（非立方）对称性和相称的自发极化和压电极化使宽带隙半导体器件的物理特性与更传统的立方半导体器件的物理特性非常不同。宽带隙半导体的卓越材料特性有望实现比已实现的性能好几个数量级。实现这个梦想需要更深入地了解设备物理和基于物理的材料和设备技术新方法。
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