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碳化硅作为第三代半导体材料的典型代表与第一代半导体材料硅、第二代半导体材料砷化镓一样，既是理想的微电子材料，又是优异的光电子材料。
目前，第一代半导体材料硅和第二代半导体材料砷化镓在光电子领域已经形成巨大的产业。而碳化硅在光电子领域的潜力也在慢慢显现，本文将盘点碳化硅材料在光电子领域的各个应用领域，以供各位朋友参考。
碳化硅是优秀的（蓝光及UV）LED衬底材料
作为LED的衬底材料，碳化硅在21世纪初的几年中最先实现了产业化应用。经过近二十年的发展，碳化硅基LED已经在全球形成百亿规模的产业链。目前科锐公司可以量产的碳化硅基LED芯片光效已经超过了200lm/w，研发水平光效可以达到300lm/w左右，主要应用在中高端市场。
2020年新冠疫情的爆发刺激了UVC LED产业的发展。而目前UVC LED的技术并没有完整成熟，其主要原因之一就是缺乏合适的衬底材料。而UVC LED可选的衬底材料主要有蓝宝石、碳化硅以及氮化铝等等：相比于蓝宝石，碳化硅在晶格匹配度、热导率等方面拥有绝对的优势；在价格方面，碳化硅的价格又比氮化铝低一个数量级左右。总而言之，碳化硅是一种很有竞争力的UVC LED衬底材料。目前，加州大学圣塔芭芭拉分校固态照明与能源电子中心(SSLEEC)的材料科学家已经在藉由在碳化硅(SiC)的基板上沉积氮化铝镓(AlGaN)的薄膜，制造出规格优异的深紫外光UVC LED。
碳化硅是优秀的中红外非线性晶体材料
SiC晶体是一种重要的宽禁带半导体材料，由于其具有高的热导率、大的饱和电子漂移速率及高的击穿场强，广泛应用于制备高温、高频及大功率电子器件。SiC晶体具有200多种晶型，其中6H和4H-SiC晶体可以生长出高质量大尺寸的单晶，它们均为六方结构，点群为6mm，存在二阶非线性光学效应;半绝缘6H和4H-SiC晶体在2.5-5.6μm中红外波段具有高的透过率，因而有望成为中红外波段的频率变换材料。
中红外波段的激光在分子光谱、气体探测、环境保护、医学、激光通讯、红外遥感及光电对抗等领域有重要的应用;非线性光学频率变换是目前获得中红外激光的有效途径。常用的中红外非线性光学晶体（硫化物及硒化物等）受到低激光损伤阈值的限制，不能够满足当今对大功率中红外激光的迫切需求。寻找具有高激光损伤阈值的新型中红外非线性光学材料已成为当前中红外激光研究领域的难点和前沿方向之一。SiC优异的物理性质如宽的带隙(2.3-3.2eV)、高的热导率(490W/m·K)及强的共价键能(5eV)等有利于提高其抗激光损伤能力;因此，SiC将是一种有重要应用前景的中红外非线性光学材料。另外，碳化硅作为非线性中红外材料具有脉宽较短的优势，有望应用于飞秒激光器。
碳化硅是优秀的紫外探测器、LD材料
第三代宽禁带半导体材料的禁带宽度大于传统的硅和砷化镓等材料，且对应紫外日盲段的波长。从理论上说，以它们为基础的光电二极管除了可免去复杂昂贵的滤光装置之外，其漏电流、增益和响应时间以及高温稳定性都比常规的材料有很大优势，因而成为日盲紫外探测器的良好选择。目前，国际各研究机构的结果也证实了理论预期。除了紫外探测之外，碳化硅材料在紫外LD领域也在逐渐起步。
碳化硅是优秀的光量子比特材料
具有通讯波段荧光和可调控自旋的固态色心体系是远距离量子中继和分布式量子计算的重要平台。碳化硅色心自旋操控是近几年新兴的研究方向。碳化硅是一种应用广泛的宽禁带半导体材料，有成熟的生长和微纳加工艺以及掺杂技术，并且晶型多样，可供研究的色心类型非常丰富。而且在相同条件下碳化硅色心自旋的相干时间要比金刚石NV色心的长。基于碳化硅色心自旋的量子器件十分适合光电集成以及产业化。
目前碳化硅中主要研究的自旋色心有硅空位色心（缺失一个硅原子）和双空位色心（缺失硅原子和近邻的碳原子），然而它们的荧光光谱只是处于近红外波段。最近的研究发现碳化硅中存在带负电的NV色心（一个碳原子被氮原子取代同时缺失了近邻的硅原子）并且其荧光光谱处于通讯波段。中国科学技术大学研究组实现了碳化硅NV色心系综的室温光探测磁共振谱的检测，并且实现了室温自旋相干操纵。
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发表于 2020-6-10 18:10:29
感谢搬运
