氮化镓半导体材料

氮化镓半导体研究

一

．

物理背景

自

20

世纪

6 0

年代，发光二极管

(Light Emitting Dio de

，

LED)

的发

< br>展非常迅速，它具有体积小、耐冲击、寿命长、可靠度高与低电压低

电流操作等优 良的特性，适用于在各种环境的使用，而且符合未来环

保节能的社会发展趋势。初期的以 砷化镓

(GaAs)

、铝铟磷镓

(AI GalnP)

材料为基础之发光二极管，实现了红光至黄绿光波段的电激发光。

近年来，以氮化镓

(GaN)

为代表的新一代半导体材料技术上

氮化镓半导体材料 具有禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和漂移

速度高、介电常数小、抗辐射能力强和良好 的化学稳定性等独特的特

性，在光显示、光存储、光探测等光电子器件和高温、高频大功 率电

子等微电子器件领域有广阔的应用前景，其中最引人瞩目的是作为发

光材料的应用，由于氮化镓能与氮化铟

(INN)

和氮 化铝

(AIN)

形成三元

或四元化合物 ，

如此借着改变

IlI

族元素的比例，

便能使发光波长涵盖

红外光到紫外光的范围，另外将发蓝光的氮 化镓基发光二极管配以可

激发出黄绿光的荧光粉，从而混合发出白光，应用前景非常广泛 ，除

了应用于指示灯、灯饰、手电筒等普通市场，氮化镓基发光二极管还

应用于手机及手提电脑背光源、交通灯、户外全彩显示屏等市场，但

氮化镓基发 光二极管最有前景的应用还是在普通照明市场。

二．

GaN

的应用

高效节 能、

长寿命的半导体照明产品正在引领照明业的绿色变革。

随着 第三代半导体材料氮化镓的突破和蓝、绿发光二极管的问世，世

界各国纷纷投入巨资推出 国家级半导体照明计划。

GaN< /p>

属宽禁带半导体，直接带隙

3

．

4eV

，在长寿命、低能耗、短长

半导体发光二 极管

(LED)

、

激光二极管

(LD)

、

紫外探测器以及高温微电

,GaN

器件的广 泛应用将预示着光电信

息乃至光子信息时代的来临，

因此，

以

GaN

为代表的第三代半导体材料

被誉为信息产业新的发动机。

GaN

基半导体 材料，

包括

GaN

、

< br>A1N

和

InN

，

都是直隙半导体材料，

因而有很高的量子效率。

用< /p>

GaN

、

A1N

和

InN

这三

种材料按不同组份生成的 固溶体，其禁带宽度可在

O

．

7eV< /p>

到

6

．

2eV< /p>

之

间变化。这样，用这些固溶体制造发光器件，是光电集成材料和 器件

发展的方向，其主要应用领域包括：

(1)

当前在国内外非常受人瞩目的半导体照明是一种新型的高效、

节能和环保光源，

将取代目前使用的大部分传统光源，

被称为

21

世纪

照明光源的革命，而< /p>

GaN

基高效率、高亮度发光二极管

(L ED)

的研制

是实现半导体照明的核心技术和基础。以