GaN基LED的光学特性及稳定性的研究进展(2)
GaN是坚硬的高熔点材料，熔点约为1700℃，其也是一种稳定的化合物，而且GaN有很高的电离度，它的电离度在Ⅲ-Ⅴ族化合物中是最高的（0.5或0.43）。气压下，GaN晶体呈现的是优尔方纤锌矿结构，其拥有4个体积大约为GaAs一半的原子。更因为其拥有高的硬度，所以通常应用于涂层保护材料。GaN在室温下不溶于酸、碱和水，但可以以非常缓慢的速度在热的碱溶液中溶解。为了检测质量不高的缺陷GaN晶体，可以把GaN放到H2SO4、NaOH和H3PO4中，因为质量差的GaN会被它们较快地腐蚀。在N2气下的GaN是最为稳定的，但在高温下就不稳定了。
LED主要是通过电子激发发光芯片（也就是发光p-n结）而发光的，发光芯片（发光的p-n结）是GaN或主相是GaN的晶体做的，所以叫做GaN基LED。LED是一种注入型的电致发光的半导体器件，它产生光是靠电子在能带间跃迁，并且发光波长是由禁带宽度决定的。而GaN基材料拥有连续可调的直接宽带隙，在1.9eV(InN）到6.2 eV (AlN)之间，也就是从红光至紫外光，从理论可知其可覆盖整个可见光谱。正是因为GaN基材料所拥有的性质及其工艺水平达到了要求，使得GaN基LED迅速发展。Ⅲ族氮化物与许多的传统半导体材料不同，它具有两种结构，一种是优尔角形的纤文锌矿，另一种是立方的闪锌矿，其中优尔角形的纤文锌矿结构是最常见的。GaN的能隙为3.45eV，对应波长为365nm；InN的能隙为1.9eV，对应波长为650nm；AlN的能隙为6.2eV，对应波长为200nm。它们组成的合金{Ga(AI，In)N}覆盖在整个可见光区和近紫外光区。而且纤锌矿结构的Ⅲ族氮化物都是直接带隙，在光电子器件的应用中非常适用。
1.2 LED的应用及发展
LED全称是Light-Emitting Diode，即发光二极管，被称为第四代照明光源和绿色光源，发光材料是固体半导体芯片。与传统光源相比，LED具有很多的特点：长的寿命，可靠耐用，适用性广泛，低的文护费用，体积小，高效率，耗电量小，绿色环保，无汞污染，响应速度快，易于控制管理，易于进行二次光学设计等[1]。正是因为有这些特点，在许多领域中LED光源具有的优势是其他光源无法代替的，现已在指示、装饰、显示、城市夜景等特殊照明领域具有广泛的应用[1]。并且随着功率型白光LED光效的逐步提高、价格的下降，在民用照明领域反应良好[2]。在不久的将来，白光LED会把传统照明光源比下去，走进千家万户。
可以看出LED具有诸多特点且其应用前景广阔，而且它节能环保，可以取代传统光源，这也十分符合《联合国气候变化框架公约》中节能减排的要求。围绕LED的研制，世界上经济发达的国家开始激烈的竞争，都想在LED上保持领先地位。
上世纪优尔十年代就有了LED，全球第一款用锗材料作成的商用化发光二极管诞生于1965年，这个LED可发出红外光，其售价为每颗45美元[3]。不久之后，Monsanto和惠普公司推出了另一种商用化红色LED，它是利用GaAsP材料制作的。白炽灯一般是60至100W，15 lm/W，而新推出的LED效率比一般的要低上100多倍，大约是0.1lm/W[4]。1968年，为了使GaAsP器件的效率更高，突破性的使用了氮掺杂工艺，不仅使效率达到了l lm/W，并且能够让LED发出其他颜色的光，比如红光、橙光和黄色光，此阶段LED的研发取得了突破性进展。在1971年，GaP绿色芯片LED被人们研制出，它的效率也是l lm/W。而在80年代早期，AlGas LED被开发出，其发出的是红光，发光效率为10 lm/W，这是一项重大的技术突破，这一技术进步使LED能够应用于室外运动信息发布以及汽车中央高位刹车灯设备[5]。1990年，AIInGaP技术被业界开发出，它也是红色器件，但是性能极好是普通GaAsP器件的10倍。蓝光和绿光LED是在20世纪90年代初的日本被制备出的，其发光强度很大超过了1cd，紧接着蓝、绿、黄InGaN基LED也被制备出，其发光强度大于10cd，主要是利用单量子阱结构获得。由此人们看到了白光LED的希望，发现GaN基LED市场前景很大、商机很高，以致人们对GaN基LED研究和开发更加地热衷，迅速发展的GaN基LED在应用市场领域逐渐进入。
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