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蓝色LED发光技术的研发(上)

2017-10-16 | rar | 0.1 MB | 次下载 | 免费

资料介绍

  1993年日亚化学工业推出蓝色LED之后,有一段时期公众普遍认为蓝色LED就是日亚化学开发出来的。对此,天野教授说,“蓝色LED的产品化是众多先行者为了合成出氮化镓(GaN)类半导体晶体而开发的技术和坚持的结果”。

  赤崎和天野的研究小组,就在GaN类蓝色LED的开发中做出了重要贡献。赤崎在2001年获得了“应用物理学会成就奖”,获奖理由中有这样一段话:“在GaN类氮化物半导体材料和元器件的研发中,赤崎及其研究小组的研究是所有研究的出发点。通过开发低温缓冲层技术,1986年成功地获得了品质明显提高的晶体,并在1989年实现了此前不可能的p型传导和n型传导性控制,同年还实现了pn结蓝色发光二极管。”

  蓝色LED技术确立于1985年,对外公开发表在1986年。

  蓝色LED发光技术的研发(上)

  图:高亮度蓝色LED的构造蓝宝石衬底上有低温GaN缓冲层

  在介绍蓝色LED发明时,提到的全是GaN类蓝色LED,因为GaN类蓝色LED被认为是现在实用化的蓝色LED的原型。其实,要说发蓝光的LED这个概念,碳化硅(SiC)类蓝色LED早在GaN类蓝色LED之前就诞生了。不过,SiC类蓝色LED输出的光较弱,对很多研究人员在蓝色 LED之后瞄准的蓝色半导体激光器的开发也没有起作用,所以,现在如果没有特别说明,蓝色LED就是指GaN类蓝色LED。

  赤崎和天野的研究小组之所以能获得这么高的评价,是因为他们一直坚持研究很多研究人员已经放弃的GaN材料,付出的努力最终成就了蓝色LED。

  赤崎选择的是GaN这条艰难之路

  要想让蓝色LED和蓝色半导体激光器等蓝色发光器件发光,至少需要带隙在2.6eV(电子伏)以上的大型半导体材料。发光波长与带隙能量之间的公式为

  发光波长(nm)= 1.24/带隙能量(eV)×100

  蓝色发光波长为455~485nm,按照公式倒推,需要的带隙能量为2.55~2.72eV。因此,要想实现蓝色发光器件,至少需要 2.6eV以上的带隙能量。这种带隙能量较大的半导体被称为宽禁带半导体,根据上面的公式可知,只有宽禁带半导体才能发出高能量蓝色区域的短波长的光。

  在1960年代后半期至1980年代前半期,这种蓝色发光器件的候补材料有SiC、硒化锌(ZnSe)和GaN三种。但这三种材料受到的期待并不相同。根据晶体生长的难易程度,大多数研究人员都把目光投向了SiC和ZnSe这两种材料。

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