進入21世紀以來,，隨著摩爾定律的失效大限日益臨近,，尋找半導體硅材料替代品的任務變得非常緊迫。在多位選手輪番登場后,，有兩位脫穎而出,，它們就是氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)——并稱為第三代半導體材料的雙雄。

　　碳化硅（SiC）俗稱金剛砂,，為硅與碳相鍵結而成的陶瓷狀化合物,，碳化硅在大自然以莫桑石這種稀罕的礦物的形式存在。SiC是目前發(fā)展最成熟的寬禁帶半導體材料,，已經(jīng)形成了全球的材料、器件和應用產(chǎn)業(yè)鏈,。SiC材料方面的企業(yè)以Cree,、II-VI、Dow Corning等為代表,，其中2013年Cree開發(fā)出6英寸SiC單晶產(chǎn)品,，其微管密度低于1個/cm2;多家公司研發(fā)出厚度超過250μm的SiC外延材料樣品，并批量提供中低壓器件用SiC外延材料產(chǎn)品,。在SiC器件方面,，國際上報道了10kV~15kV/10A~20A的SiC MOSFET,、超過20kV的SiC功率二極管和SiC IGBT芯片樣品。Cree和Rohm公司開發(fā)了SiC MOSFET產(chǎn)品,，電壓等級從650V~1700V,，單芯片電流超過50A，并開發(fā)出1200V/300A,、1700V/225A的全碳化硅功率模塊產(chǎn)品,。

　　氮化鎵（GaN、Gallium nitride）是氮和鎵的化合物,，是一種直接能隙*的半導體,，GaN是另一種重要的寬禁帶半導體材料。它具有獨特的異質結結構和二維電子氣,，在此基礎上研制的高電子遷移率晶體管(HEMT)是一種平面型器件,，可以實現(xiàn)低導通電阻、高開關速度的優(yōu)良特性,。國際上也有團隊報道了垂直型的GaN電力電子器件,。近年來圍繞GaN半導體器件的全球研發(fā)投入以及生產(chǎn)規(guī)模均快速增長，其中650V以下的平面型HEMT器件已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,。

　　發(fā)展應用領域

　　根據(jù)第三代半導體的發(fā)展情況,，其主要應用為半導體照明、電力電子器件,、激光器和探測器,、以及其他4個領域，每個領域產(chǎn)業(yè)成熟度各不相同,。在前沿研究領域,，寬禁帶半導體還處于實驗室研發(fā)階段。

　　第三代寬禁帶半導體材料應用領域

　　半導體照明

　　LED襯底類別包括藍寶石,、碳化硅,、硅以及氮化鎵。藍光LED在用襯底材料來劃分技術路線,。SiC襯底有效地解決了襯底材料與GaN的晶格匹配度問題,，減少了缺陷和位錯，更高的電光轉換效率從根本上帶來更多的出光和更少的散熱,。氮化鎵具有禁帶寬度大,、擊穿電壓高、熱導率大,、電子飽和漂移速度高,、抗輻射能力強和良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)越特性，是迄今理論上電光,、光電轉換效率最高的材料體系,。時至今日,，氮化鎵襯底相對于藍寶石、碳化硅等襯底的性能優(yōu)勢顯而易見,，最大難題在于價格過高,。