GaN基LED及其材料
gan基led发光原理
gan基led发光原理GAN基LED发光原理一、引言LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，具有发光的特性。
而GAN（Gallium Nitride）是一种化合物半导体材料，具有高能隙、高电子饱和速度等优点。
GAN基LED发光原理是指利用GAN材料制备的LED器件，通过电子和空穴的复合释放出能量并产生光。
二、发光机制LED的发光机制是通过电子与空穴的复合过程释放能量，产生光。
而GAN基LED的发光机制与传统LED有所不同，主要体现在材料的能带结构和能隙大小上。
1. GAN材料的能带结构GAN材料的能带结构决定了其发光机制。
在GAN材料中，价带和导带之间存在能隙，电子在价带中，空穴在导带中。
当电子从价带跃迁到导带时，会释放出能量，产生光。
2. GAN材料的能隙大小GAN材料的能隙较大，一般为3.4-3.5电子伏特，相比其他材料的能隙较小。
这意味着GAN材料需要更大的能量才能使电子从价带跃迁到导带，因此产生的光具有更高的能量和更短的波长。
三、制备过程GAN基LED的制备过程主要包括材料生长、器件制备和封装等步骤。
1. 材料生长GAN材料的生长是制备GAN基LED的关键步骤之一。
常用的生长方法包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）等。
这些方法可以在晶体表面上沉积出具有高质量的GAN材料。
2. 器件制备在材料生长完成后，需要将其制备成LED器件。
这一步骤包括光刻、蚀刻、金属沉积、电极制备等。
通过这些步骤，可以形成PN结构，即正负极的结构，使电子和空穴能够在PN结区域复合并发光。
3. 封装器件制备完成后，需要进行封装，以保护器件并提供电气连接和光学耦合。
封装过程中通常使用透明的树脂将器件封装在内部，并通过金属线连接器与外部电路连接。
四、优势和应用GAN基LED相比传统LED具有以下优势：1. 高效能：GAN材料的能隙较大，使得发光效率更高，能够将电能转化为光能的比例更高。
硅衬底高光效gan基蓝色发光二极管
硅衬底高光效gan基蓝色发光二极管以硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管为标题，我们来探讨一下这种新型发光二极管的特点和应用。
一、引言发光二极管（LED）作为一种节能环保、寿命长、体积小的光源，已经广泛应用于照明、显示、通信等领域。
然而，传统的LED在蓝光发射方面还存在一些问题，如低发光效率、频谱不稳定等。
为了解决这些问题，硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管应运而生。
二、硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的特点1. 高发光效率：硅衬底可以提供更好的晶格匹配，有助于提高发光效率。
2. 高热稳定性：硅衬底具有良好的热导性能，可以有效地散热，提高LED的热稳定性。
3. 高亮度：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管具有较高的亮度，能够满足一些高亮度要求的应用场景。
4. 窄频谱：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的频谱稳定性较好，能够提供更纯净的蓝光。
三、硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的应用1. 智能照明：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于智能照明系统中，提供高亮度的蓝光，使照明效果更加明亮和舒适。
2. 显示技术：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于液晶显示器的背光源，提供高亮度的蓝光，使显示效果更加清晰和鲜艳。
3. 光通信：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于光通信系统中，作为高速传输的光源，提供稳定的蓝光信号。
4. 医疗器械：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管可以用于一些医疗器械中，如光疗仪、光动力学治疗设备等，提供高亮度的蓝光，有助于治疗效果的提升。
四、硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的发展前景随着人们对节能环保、高效照明的需求不断增加，硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管有着广阔的市场前景。
同时，随着技术的不断进步，硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管的性能将得到进一步提升，应用范围也将更加广泛。
总结：硅衬底高光效GAN基蓝色发光二极管作为一种新型的发光二极管，具有高发光效率、高热稳定性、高亮度和窄频谱等特点，适用于智能照明、显示技术、光通信和医疗器械等领域。
商用红光led材料
商用红光led材料
商用红光LED（Light Emitting Diode）的常见材料主要有以下几种：1. 氮化镓（GaN）：氮化镓是商用红光LED中最常用的材料之一。
它具有较高的电子迁移率和热导率，可以提供较高的效能和较低的发光损失。
2. 磷化铝镓（AlGaInP）：磷化铝镓是另一种常用的商用红光LED材料。
它具有较高的光电转换效率和较长的寿命，适用于高亮度和长寿命的应用。
3. 磷化铟镓（InGaP）：磷化铟镓是一种宽禁带半导体材料，可以实现红光和橙光的发光。
它具有较高的光电转换效率和较低的能耗。
4. 碳化硅（SiC）：碳化硅是一种宽禁带半导体材料，可以实现高功率和高温度的工作。
它具有较高的热导率和较低的发光损失，适用于高功率和高温度应用。
以上是商用红光LED中常用的材料，不同的材料具有不同的特性和优势，可以根据具体的应用需求选择合适的材料。
gan基led的压电效应
gan基led的压电效应
GAN基LED（氮化镓基发光二极管）的压电效应是指当外加电压施加在氮化镓基LED上时，会导致晶体结构的微小变形，从而影响了电子和空穴的重组过程，最终影响了发光效率和光谱特性。
从物理角度来看，氮化镓基LED是由氮化镓材料构成的，而氮化镓是一种压电材料，即在外界施加压力或者电场的作用下，会产生电荷分离现象。
因此，当外加电压施加在氮化镓基LED上时，会导致晶格微小的变形，这种变形会影响电子和空穴的重组效率，进而影响了发光效率和光谱特性。
此外，从应用角度来看，利用压电效应可以实现氮化镓基LED 的电致发光调制。
通过控制外加电压的大小和频率，可以调节LED 的发光强度和频率，实现光电器件的调制和控制。
总的来说，GAN基LED的压电效应是指外加电压引起晶格微小变形，从而影响了电子和空穴的重组过程，最终影响了发光效率和光谱特性。
这一效应不仅具有物理意义，还可以在实际应用中实现电致发光调制。
gan基micro-led显示芯片的制备及刻蚀工艺的研究
gan基micro-led显示芯片的制备及刻蚀工艺的研究
gan基micro-led显示芯片的制备及刻蚀工艺的研究是在制备和刻蚀gan基micro-led显示器件方面的科学研究。
GaN基Micro-LED显示芯片制备涉及到以下几个关键步骤：
1. 材料制备：首先需要制备高质量的GaN材料作为基底。
常
用的制备方法包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子
束外延（MBE）。
2. 片区划分：通过微影技术在GaN基底上将芯片的不同区域
进行划分，例如LED灯珠、电极等。
3. 生长外延层：使用外延生长技术，在每个片区上生长GaN
外延层，以形成LED的p型和n型层。
这一步骤通常是通过MOCVD或MBE来完成。
4. 刻蚀：通过刻蚀工艺，将外延生长层中不需要的部分去除，以形成LED的结构。
常用的刻蚀方法包括干法刻蚀（如ICP
刻蚀）和湿法刻蚀。
刻蚀工艺的研究是为了提高材料的刻蚀速率和刻蚀选择性，以实现更高质量的芯片制备。
这包括对刻蚀气体的选择、刻蚀条件的优化、刻蚀设备的改进等。
此外，也有一些研究致力于开发新的刻蚀方法，如离子束刻蚀、等离子刻蚀等，以提高刻蚀的精度和效率。
总的来说，GaN基Micro-LED显示芯片的制备及刻蚀工艺的研究是为了实现高质量、高性能的Micro-LED显示器件。
这一研究涉及到材料制备、芯片设计、外延生长、刻蚀工艺等多个方面的内容，对于推动Micro-LED显示技术的发展具有重要意义。
7、GaN基LED(蓝绿光芯片制造技术)
2、采用ITO透明导电膜及NiO组合膜 3、网格电极结构 4、用KOH清洗，形成Ga空位,造成Ga空位受 主，提高表面掺杂浓度，去掉表面氧化物
插指电极结构与环形电极结构性能比
（a）
（b）
红外热像图
4、P型GaN Mg不易掺入，不易电离
5、介电常数高，带宽，易击穿 ESD
6、GaN 蓝宝石坚硬，不易加工
提高内量子效率
1、采用晶格失配少的碳化硅衬底
2、采用衬底再构
PSS表面上生长GaN
缓解径向电流拥挤
1、电极表面结构设计
环形电极结构
2、垂直导电结构
减少欧姆接触，减少电极阻挡
1、Ni/Au欧姆接触层
பைடு நூலகம்
三、LED導入汽車頭燈應用
國際車廠已將LED頭燈導入高階車款之中，2007
年TOYOTA於全球首推配備LED頭燈車款Lexus LS600，Audi也將於2008年夏季車展中展出搭配 LED頭燈的R8車款，台廠裕隆集團也預計2008年 底推出搭配LED頭燈的本土汽車，並搭載於東風 汽車上進軍大陸市場。
谢谢！
同時，在機體上更為輕薄，便於攜帶；而它的省 電特性，在較低的功耗下，提高電池的續航力， 讓使用時間更長； 此外，無汞成分，符合環保訴求。比較各家品牌 之後，可以發現價格多在新台幣5~7萬元之間，屬 高階機種使用，目前仍是以12吋以下為主，逐漸 往大尺寸發展。
二、路燈市場帶來需求
全球路燈約有1.2~1.3億盞，美國約1,000萬盞、大陸約1,500 萬盞、台灣約135萬盞，目前已有美、加、大陸等國家在 部分城市的路面使用，狀況良好，與傳統一般路燈相比， 對行車安全並無影響，在亮度上差距不大。在照明效能提 高、價格降低之後，替代性會提高。 據美國能源部表示可節省50%以上的電力消耗，少建100座 以上的發電廠。新興市場如大陸，由於經濟起飛，對電能 需求大，有供不應求的現象，在LED路燈發展外在條件上， 較歐美更迫切及動機去推動LED路燈，因此看好大陸LED 路燈市場，預估2008年大陸LED路燈市場將佔全球LED路 燈市場5成以上。
gan基led外延结构
gan基led外延结构GAN基LED外延结构引言：GAN基LED外延结构是一种新型的发光二极管结构，采用氮化镓（Gallium Nitride，简称GAN）材料作为外延层，具有较高的发光效率和较长的寿命，被广泛应用于照明、显示和通信等领域。
本文将详细介绍GAN基LED外延结构的特点、制备方法以及应用前景。
一、GAN基LED外延结构的特点1. 高发光效率：GAN材料的能隙较大，能够发出蓝色至紫外光，其发光效率较高，使得LED的光电转换效率更高，能够实现更好的能源利用。
2. 长寿命：GAN材料具有较高的热稳定性和耐辐照性，能够在高温环境下保持较长的使用寿命，减少了维护和更换成本。
3. 调控性强：GAN材料的能隙可以通过控制外延层的厚度和掺杂浓度来调节，实现多种颜色的发光，满足不同应用需求。
4. 快速响应：GAN材料具有较高的载流子迁移率和较短的载流子寿命，使得LED具有快速响应的特点，适用于高频应用。
二、GAN基LED外延结构的制备方法1. 气相外延法：通过在高温下将氮化镓前体气体通过化学反应沉积在衬底上，形成外延层。
该方法制备的外延层厚度均匀性好，适用于大面积的生产。
2. 分子束外延法：利用分子束在真空环境下沉积氮化镓材料，控制外延层的厚度和晶格质量。
该方法制备的外延层结构较好，适用于高精度的器件制备。
3. 金属有机化学气相沉积法：利用金属有机化合物和氨气在高温下反应生成氮化镓材料，形成外延层。
该方法制备的外延层质量较好，适用于小尺寸器件的制备。
三、GAN基LED外延结构的应用前景1. 照明领域：GAN基LED具有高亮度和高效能的特点，可替代传统照明光源，如白炽灯和荧光灯，节能效果明显，具有较好的应用前景。
2. 显示领域：GAN基LED具有较高的像素密度和快速响应的特点，适用于高清晰度的显示器件，如手机屏幕和电视屏幕等。
3. 通信领域：GAN基LED具有较高的调制带宽和较低的功耗，可用于高速光通信系统，提高数据传输速率和通信质量。
GaN基材料的质量和LED光电性能的研究中期报告
GaN基材料的质量和LED光电性能的研究中期报告
在GaN基材料的质量和LED光电性能的研究中期报告中，研究人员可以针对以下方面进行报告：
1. GaN基材料的制备和表征：报告中可以介绍GaN基材料的制备方法以及制备过程中遇到的问题及解决方案，并对制备的GaN基材料进行表征，包括表面形貌、晶体结构、光学和电学性质等方面的测量和分析结果。
2. GaN LED器件制备和性能测试：报告中可以介绍GaN LED器件的制备方法和工艺步骤，包括外延生长、光刻、金属沉积等。
同时，对制备的GaN LED器件进行光电性能测试，包括电学测试、光学测试、发光波长及亮度等性能测量结果并与已有文献进行对比和分析。
3. 材料和器件的优化：根据对GaN基材料和LED器件性能测试的结果和分析，研究人员可以针对其不足之处进行优化。
例如对外延生长条件以及制备工艺进行优化，进一步提高晶体质量和器件性能。
4. 未来工作计划：根据目前的研究进展和研究结果的分析，报告中应该提出下一步的研究计划和目标。
例如，进一步优化材料和器件的性能，探究更多的制备和测试方法，拓展GaN材料在其他领域的应用等。
总之，中期报告应该对目前的研究进展进行系统和详细的说明，提出具体和切实可行的研究计划和目标，有利于研究整个过程的管理和顺利推进研究工作。
gan基led外延生长和芯片制造技术
gan基led外延生长和芯片制造技术近年来，GaN基LED外延生长和芯片制造技术取得了长足的进步，成为当今照明和显示领域的重要技术。
GaN基LED是一种基于氮化镓（GaN）材料的发光二极管，具有高亮度、高效率和长寿命的特点，被广泛应用于照明、显示和光电子器件中。
GaN基LED外延生长技术是制备GaN基LED的关键步骤之一。
外延生长是指在GaN基片上沉积一层薄膜，形成LED的发光层和电极层。
在外延生长过程中，需要控制材料的晶格匹配度和晶体质量，以获得高质量的GaN薄膜。
目前，常用的外延生长技术有金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）。
MOCVD技术是一种将金属有机化合物和气体反应生成薄膜的方法，具有高效率和高均匀性的优点。
MBE技术则是通过在超高真空环境下，将分子束逐层沉积在基片上，以获得高质量的薄膜。
这些外延生长技术的发展，使得GaN基LED薄膜的质量和均匀性得到了显著提高。
除了外延生长技术，芯片制造技术也是GaN基LED的关键环节之一。
芯片制造技术包括光刻、薄膜沉积、电极制作和封装等步骤。
其中，光刻技术是一种通过光学或电子束照射，将图案转移到光刻胶上的方法，用于制作LED的发光层和电极。
薄膜沉积技术则是将不同材料的薄膜沉积在基片上，用于制备发光层和电极。
电极制作技术是制作LED的电极结构，常用的方法有金属蒸发和电镀。
封装技术是将LED芯片封装在透明的壳体中，以保护芯片并提高光的输出效率。
这些芯片制造技术的发展，使得GaN基LED在亮度、效率和寿命方面得到了显著提升。
GaN基LED外延生长和芯片制造技术的发展，使得GaN基LED在照明和显示领域得到了广泛应用。
在照明方面，GaN基LED具有高亮度和高效率的特点，可以替代传统的白炽灯和荧光灯，节能环保。
在显示方面，GaN基LED具有高对比度和快速响应的特点，被广泛应用于手机、电视和电子屏幕等产品中。
此外，GaN基LED 还可以用于激光器、太阳能电池和生物医学器件等领域，具有广阔的应用前景。
GaN基LED发光原理及全参数
2.1GaN基LED发光原理大部分LED是利用MOCVD在衬底材料上异质外延而成，目前比较成熟的衬底材料是蓝宝石和碳化硅，硅基和ZnO基等其他衬底材料尚未成熟。
LED外延片的结构主要包括MIS结、P-N结、双异质结和量子阱几种，当前绝大多数LED均是量子阱结构的。
外延片的基本结构如图1-2所示。
目前使用的大部分灯具是白炽钨丝灯或者采取气体放电，而半导体发光二极管(LED)的发光原理则迥然不同。
发光二极管自发性(Spontaneous)的发光是由于电子与空穴的复合而产生的。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ=1240/Eg电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放能量，大小为禁带宽度Eg，单位为电子伏特（eV。
由光的量子性可知，hf= Eg [h为普朗克常量,f为频率，据f=c/λ,可得λ=hc/Eg,当λ的单位用um, Eg单位用电子伏特（eV）时，上式为λ=1.24um·ev/Eg ]，若若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间发光效率与材料是否为直接带隙(Direct Bandgap)有关，图 1.1(a)是直接带隙材料。
这些材料的导带最低点与价带的最高点在同一K空间。
所以电子与空穴可以有效地再复合(Recombination)而发光。
而图 1.1(b)的材料均属于间接带隙(IndirectBandgap)，其带隙及导带最低点与价带最高点不在同一K空间，以致电子与空穴复合时除了发光外，还需要产生声子(Phonon)的配合，所以发光效率低[7]。
GaN基LED及其材料
GaN基LED及其材料一、GaN基LED概述随着科学技术的发展，人类的照明方式也不断更新换代，经历了从原始的明火照明，到如今的白炽灯、荧光灯、卤素灯，以及最新一代的氮化镓(GaN)发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)固态照明的发展过程。
GaN基LED的发光效率和使用寿命都远远高于传统照明光源，可广泛使用在各类灯具、汽车的车前大灯和刹车灯等照明领域，可制备出红、绿、蓝三原色LED，用于电子设备、广告牌以及交通信号灯等全色显示领域，可提高光纤通讯的传输效率。
此外，LED 还可以应用于生物、医疗、化工和光通信等领域。
LED最基本的结构就是p-n结，由p型GaN和n型GaN组成，其典型结构可见图5。
在同质p-n结两端加上一定的正向偏压时，p-n 结的能带发生变化，如图6所示。
这时，n型GaN区的电子向p区扩散，p型GaN区的空穴向n区扩散，电子和空穴在耗尽区发生辐射复合从而发射出光子。
图5 LED典型结构图图6 （a）热平衡下和（b）正向偏压下p-n结能带图而光子的波长λ和半导体材料的禁带宽度Eg的关系为λ=ℎcEg 其中，ℎ是普朗克常数，c为光速。
当然，这种结构LED发光效率极低，发出的光子容易被价带的电子吸收，所以无法做成实用的LED 器件，这需要我们在对他的结构再做进一步调整才行。
不过，通过图7 III族氮化物GaN、AlN和InN的晶格常数、禁带宽度和发光波长的示意图可看出，III族氮化物GaN、AlN和InN 之间的组合能形成相应的三元化合物和四元化合物，其禁带宽度所对应的发光波长可覆盖全部可见光和部分红外、紫外光。
例如，通过调节AlGa InN中合金的组分比例，可以获取从0.7eV(InN)一直连续变化到6.2 eV(AlN)的宽带隙范围。
图7 典型III族氮化物的晶格常数、禁带宽度和发光波长的关系图二、GaN材料生长GaN的熔点（2300℃）远高于其分解点（900℃），这使得GaN 在其熔点处需要很高的平衡氮气压。
氮化镓(GaN)基半导体材料及器件
氮化镓（GaN）基半导体材料及器件一、项目背景资料介绍1、第三代半导体氮化镓（GaN）晶体当今世界，被誉为IT产业发动机的半导体产业已诞生了以氮化镓（GaN）及其合金材料为代表的第三代材料，第一代和第二代半导体分别以硅和砷化镓为代表，而第三代半导体则以氮化镓（GaN）及其合金材料为代表。
国内外都对该领域投入了大量的研究，美国和日本现已掌握生产纯蓝和纯绿光的氮化镓（GaN）基材料的生长工艺。
我国已在实验室生产出氮化镓（GaN）基蓝色发光材料，目前正在进行产业化生产方面的研究。
2、氮化镓（GaN）基材料特点以氮化镓（GaN）基材料为代表的III-V族宽带隙化合物半导体材料，内、外量子效率高，具有高发光效率，高热导率，耐高温，抗辐射，耐酸碱，高强度和高硬度等特性，是目前世界上最先进的半导体材料。
氮化镓（GaN）基材料可制成高效蓝、绿光发光二极管和激光二极管LD（又称激光器），并可延伸到白光，将替代人类沿用至今的照明系统。
氮化镓（GaN）基材料还将带来IT行业存储技术的革命。
3、蓝色发光二极管（LED）发光二极管是一种将电能转化为光能的发光器件，是在半导体P-N结、双异质结或多量子阱结构上通以正向电流时发出红外光、蓝光或紫外光等可见光的器件。
目前红、普绿、黄、橙黄等发光二极管的技术已经成熟而且已经产业化，构成全彩色的三原色光分别为RGB（Red、Green、Blue），即纯红光、纯绿光、纯蓝光，而纯绿、纯蓝发光二极管是长期困扰该行业的难题。
蓝色发光二极管制作工艺上可分为三步：（1）发光晶体（上游产品）--氮化镓（GaN）基材料制作；（2）管芯（中游产品）制作；（3）管芯的封装。
而从上游产品--氮化镓（GaN）基材料到中游产品--蓝、绿发光二极管LED和激光二极管LD（又称激光器）之间存在着很高的技术壁垒。
4、国外对蓝色发光二极管的研究和生产九十年代中期以来，氮化镓（GaN）基材料及其合金在材料制备和发光器件制作等方面取得重大技术突破，成了全球半导体研究领域的前沿和热点。
氮化镓基蓝光LED的制备工艺
GaN基蓝光LED的制备工艺一、氮化镓结构及性能简介GaN有三种晶体结构，它们分别为纤锌矿、闪锌矿和岩盐矿。
通常的情况下纤锌矿是最稳定的结构。
但是闪锌矿结构的GaN通常在高温的条件下会转变成更加稳定的纤锌矿结构的GaN。
而岩盐相是GaN的高压相结构（压力一般大于37GPa）通常情况下是不容易存在的。
GaN通常情况下为白色或者微黄色的固体粉末，是一种极其稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点大约为1700℃，GaN具有很强的电离度，在Ⅲ-Ⅴ族化合物中是最高的。
GaN化学性质非常稳定，具有强硬度、抗常规湿法腐蚀的特点。
在室温下，它不溶于水和酸，不溶于NaOH溶液（因为形成的GaOH层很快沉积在表面上，必须采用电解腐蚀方法才行），但对于热的碱性溶液却能缓慢地溶解。
如果GaN的质量较差，NaOH、H2SO4、H3PO4能够较快腐蚀，可用于对质量不高的晶体缺陷的检测。
由于GaN很稳定，目前尚没有一种合适的化学腐蚀方法刻蚀GaN，现在使用最多的是离子体工艺进行刻蚀。
如果在高温的HCl或H2气氛中，GaN呈现出不稳定性，而在N2气氛下最为稳定。
GaN是直接隙半导体材料，具有易发光，电光转化效率高的特点。
直接隙半导体材料与间接带隙半导体材料的区别在于空穴和自由电子的动量方向的差异，在直接隙半导体材料中，空穴和自由电子动量方向相同，动量守恒条件容易满足，电子与空穴相对容易复合产生光子。
而在间接隙半导体材料中，空穴和自由电子具有不同动量方向，动量守恒条件不易满足，电子与空穴相对不容易复合产生光子，需要声子作用。
非有意掺杂GaN均为n型，载流子浓度在1016~1018cm-3，具有很高电导，这是存在N空位引起的。
对于GaN的n型掺杂，相对来说比较简单，但制造p型GaN就比较困难。
虽然Mg是比较好的p型掺杂剂，但大都得到低阻p型GaN，由Mg于本身的电离能比较大，即使掺杂浓度很高，激活后，也只有很少Mg的成为受主杂质且空穴浓度（载流子浓度）更低。
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GaN基LED及其材料
摘要：宽禁带Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的性能和研究进展已经使大功率紫外光/ 蓝光/ 绿光光发射二极管走向商业市场。
通过引用马老师关于《LED及其衬底技术》的讲座，在本文中简单概述了GaN基LED的发光原理、制备技术以及相关问题，对GaN基LED及GaN材料的基本知识得以更进一步的了解。
对日后学习GaN材料的其他相关知识也具有一定的指导作用。
一、GaN基LED概述
随着科学技术的发展，人类的照明方式也不断更新换代，经历了从原始的明火照明，到如今的白炽灯、荧光灯、卤素灯，以及最新一代的氮化镓(GaN)发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)固态照明的发展过程。
GaN基LED的发光效率和使用寿命都远远高于传统照明光源，可广泛使用在各类灯具、汽车的车前大灯和刹车灯等照明领域，可制备出红、绿、蓝三原色LED，用于电子设备、广告牌以及交通信号灯等全色显示领域，可提高光纤通讯的传输效率。
此外，LED还可以应用于生物、医疗、化工和光通信等领域。
LED最基本的结构就是p-n结，由p型GaN和n型GaN组成，其典型结构可见图5。
在同质p-n结两端加上一定的正向偏压时，p-n结的能带发生变化，如图6所示。
这时，n 型GaN区的电子向p区扩散，p型GaN区的空穴向n区扩散，电子和空穴在耗尽区发生辐射复合从而发射出光子。
图5 LED典型结构图
图6 （a）热平衡下和（b）正向偏压下p-n结能带图
而光子的波长λ和半导体材料的禁带宽度Eg的关系为其中，是普朗克常数，c为光速。
当然，这种结构LED发光效率极低，发出的光子容易被价带的电子吸收，所以无法做成实用的LED器件，这需要我们在对他的结构再做进一步调整才行。
不过，通过图7 III族氮化物GaN、AlN和InN的晶格常数、禁带宽度和发光波长的示意图可看出，III族氮化物GaN、AlN和InN之间的组合能形成相应的三元化合物和四元化合物，其禁带宽度所对应的发光波长可覆盖全部可见光和部分红外、紫外光。
例如，通过调节AlGa InN中合金的组分比例，可以获取从0.7eV(InN)一直连续变化到6.2 eV(AlN)的宽带隙范围。
图7 典型III族氮化物的晶格常数、禁带宽度和发光波长的关系图
二、GaN材料生长
GaN的熔点（2300℃）远高于其分解点（900℃），这使得GaN 在其熔点处需要很高的平衡氮气压。
因此GaN的体晶生长很难用传统的生长方法如拉单晶法和区熔法来实现，目前GaN体晶生长技术有两种：高氮压熔法和AMMONO法。
利用这两种方法得到GaN体晶存在很多技术问题，目前还很难解决。
因此，GaN晶体薄膜的外延生长引起了研究人员的高度关注，并取得了较大的发展。
GaN 晶体薄膜外延生长包括同质外延生长和异质外延生长两种。
这两种外延生长的生长技术有三种：HVPE技术、MOCVD技术和MBE技术。
从生长速率上来看，HVPE最高，MOCVD次之，MBE最低；但从GaN 晶体质量上来比较，MBE最好，MOCVD 次之，HVPE 最差。
由于很难制作出大尺寸、高质量、低成本的GaN体晶，GaN基LED 的材料生长主要以异质外延生长为主。
由于衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。
不同的衬底材料, 需要不同的外延生长技术、不同的芯片加工技术和不同的器件封装技术。
也就是说, 衬底材料在一定程度上决定了半导体照明技术的发展路线。
因此, 在衬底的选择和评价时, 必须考虑衬底本身的物理化学性能, 对材料外延、器件加工、器件应用、价格等综合因素的影响。
从长远发展来说, 随着外延技术的进步和器件加工工艺的发展, 不同的衬底技术路线优胜劣汰, 有前途的应是有利于大幅度提高半导体光源性能价格比的衬底。
GaN衬底材料的选择主要取决于结构、界面、化学、电学、热学、机械等方面的特性以及尺寸、成本的大小。
目前，
GaN基器件所用衬底主要是蓝宝石、SiC和Si。
蓝宝石衬底的尺寸可以做得比较大，而且成本较低，是GaN材料应用最多的衬底。
但是蓝宝石与GaN之间的晶格失配和热失配比较大，这使得外延材料中产生了很大密度的位错，影响了器件的质量。
除此之外，低热导率也限制了其在功率器件领域中的应用。
SiC与GaN之间的晶格失配和热失配都比较低，因此，SiC上面的GaN外延层位错密度较低，结晶质量较高。
与蓝宝石不同，SiC具有很高的热导率，这使得SiC成为了适合于大功率器件的材料之一。
SiC通过掺杂可以做成低阻材料，在背面可以做电极，简化了器件工艺。
然而，较高的成本使SiC的研究进展缓慢。
除了蓝宝石和SiC，Si由于成本低、尺寸大、电阻率低、热导率高等优点，而成为近几年的研究热点。
三、GaN材料的掺杂
对GaN基LED器件来说，P型材料的空穴浓度直接影响着器件的发光效率和强度等重要参数。
GaN基器件的核心工作区域为p-n结，由于n型GaN中电子的有效质量相对较低，迁移率高，因此可以很容易地溢出有源区进入p型区，与空穴进行非辐射复合。
p型GaN 中空穴的有效质量大，p掺杂效率低，并且能带弯曲会引起的极化现象，空穴注入有源区变得更加困难。
因此对GaN材料N型掺杂和P型掺杂的控制尤为重要。
N型掺杂技术比较简单，通常使用施主元素Si进行掺杂即可。
P型掺杂的主要掺杂剂是Mg，但一般掺杂后得到的是高阻材料，必须经过热退火后才能得到P型材料，原因是受主原子Mg和残留的原子H会形成Mg-H复合体，这种复合体导致了Mg的钝化效应。
通过高温退火，或低能电子束照射，等手段可使Mg-H键断开，激活受到钝化的受主Mg。
但并不是说掺杂Mg的浓度越高，可得到的载流子浓度就越高。
四、GaN基LED结构及其原理
目前，商业化的GaN基蓝光LED多采用InGaN/GaN多量子阱结构，其结构示意图如图8所示。
先在蓝宝石衬底上生长一层无掺杂的GaN作为缓冲层，再生长一层Si掺杂的GaN层作为n型区，紧接着生长多个周期的InGaN/GaN多量子阱作为复合发光区域，再生长p型AlGaN作为电子阻挡层（EBL），然后再用Mg掺杂GaN层作为p型区，最后在p 型层和n型层两端分别形成两个电极。
图8 InGaN/GaN多量子阱LED的基本结构
多量子阱结构是由多个双异质结结构构成的。
在双异质结结构的两端时，由于两端材料的禁带宽度比中间材料大，所以会在能带中形成一个类似阱的形状，如图2-7所示。
当外加一定的正向电压时，n型区的电子进入中间区域后，由于电子势垒的阻挡会被限制在阱内；同理，p区的空穴进入中间区域后，由于存在着空穴势垒，空穴也会被限制在阱内。
此时被限制在阱内的电子空穴发生辐射复合，释放出光子。
五、总结
LED在生活中的广泛应用正是LED技术发展意义的重要体现，GaN材料系列在制备蓝色发光器件和LED方面已经取得的突破性进展也体现了GaN材料对LED发展的必要性。
然而，目前在GaN材料本身的发展仍就存在诸如生长、成本等一系列的问题，这就表明，在LED这条路上，GaN材料还有许多路要走，这也向我们提出了要求。
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