屬于Ⅲ-V族化合物的GaN材料的研究與應(yīng)用是如今全球半尋體研究的前沿和熱點(diǎn), A1280APQ160C是制備微電子器件和光電子器件的新型半導(dǎo)體材料。G扒半導(dǎo)體材料具有寬直接帶隙(3.39eV)、強(qiáng)化學(xué)鍵、高熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好及強(qiáng)的抗輻照能力等特點(diǎn),在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有廣闊的前景,被稱為第一代硅鍺半導(dǎo)體材料和第二代GaAs、InP化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料。⒍N晶屬于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),具有極高的硬度和熔點(diǎn)。一般而言,GaN晶體中存在較多的晶格缺陷,這使得晶體具有良好的電了遷移率,硅(Si)的摻雜能夠使其成為n型半導(dǎo)體。GaN及其合金半導(dǎo)體材料是理想的短波長(zhǎng)發(fā)光器件材料,其禁帶寬度覆蓋了從綠光到紫外的范圍,如AlG洲合金材料能夠發(fā)射波長(zhǎng)為250nm的遠(yuǎn)紫外光(見(jiàn)圖5-4)。

   GaN材料在半導(dǎo)體二極管中的應(yīng)用研究并不是一帆風(fēng)順的,甚至人們一度認(rèn)為GaN材料不適合應(yīng)用于LED器件中。在最初的研究中,有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題制約了GaN基LED的研究:一是無(wú)應(yīng)變的G瘀單晶薄膜的合成制備(以藍(lán)寶石為襯底制備的GaN夕卜延薄膜囚較大的應(yīng)力而易產(chǎn)生裂紋,月^位錯(cuò)密度難以降低);二是難以制備合格(高空穴濃度)的p型GaN材料。單晶GaN的制備通常是在藍(lán)寶石基底材料上異質(zhì)外延生長(zhǎng)。由于GaN和藍(lán)寶石之間存在較大的晶格失配和熱膨脹系數(shù)差異,囚此很難獲得表面平整且無(wú)裂紋的高質(zhì)量GaN外延薄膜。1986年Isamu Akasaki及其合作者Hiro血i Amano在藍(lán)寶石基底上首先在藍(lán)寶石襯底上通過(guò)低溫(500℃)成核生長(zhǎng)30nm厚的AlN多晶薄膜作為緩沖層,然后利用金屬有機(jī)氣相外延生長(zhǎng)(MOVPE)的方法制備了表面無(wú)裂紋的高質(zhì)量GaN夕卜延薄膜。隨后側(cè)向外延生長(zhǎng)技術(shù)(ELOG)的引入,GaN外延薄膜的位錯(cuò)密度降低至107/cm2。難以獲得p型GaN材料一度限制了GaN p-ll結(jié)LED器件的發(fā)展。直到1989年Akasaki等首次用低能電子束輻照(LEEBI)的方法獲得了Mg或Zn摻雜的p型GaN材料。在隨后的1991年,Sh喲i Nakamura等將氣相生長(zhǎng)的Mg或Zn摻雜的少GaN夕卜延片,在ω0~750℃氮?dú)?/span>氣氛中退火處理,從而獲得高空穴濃度(低阻)的阝C.aN外延片,這一方法更適合于工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。Mg摻雜p型GaN材料的突破打開(kāi)了制備高效LED的大門。到目前為止,所有N基藍(lán)光LED都是以Mg摻雜少GaN為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)建的。