Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体.ppt

GaN应用前景 对于GaN材料，长期以来由于衬底单晶没有解决，异质外延缺陷密度相当高，但是目前器件水平已可实用化。 　1994年日本日亚化学所制成1200mcd的LED，1995又制成2cd蓝光(450nmLED)，绿光12cd(520nmLED证明这一材料研制工作取得相当成功，进入实用化阶段。 　　InGaN系合金的生成，InGaNAlGaN双异质结LED，InGaN单量子阱LED，InGaN多量子阱LD等相继开发成功。InGaN　SQW　LED6cd高亮度纯绿色、2cd高亮度蓝色LED已制作出来，今后，与AlInGaP、AlGaAs系红色LED组合形成高亮度全色显示就可实现。这样三原色混成的白光光源也打开新的应用领域。高可靠、长寿命LED为特征的时代就会到来。日光灯和电灯泡都将会被LED所替代。 为节约能源，日前欧盟已开始执行全面停用白炽灯的政策。 目前LED专利核心基本被德国欧司朗(Osram)公司 、日本日亚化学所有 为什么高亮度LED如此受重视?这是因为LED光电转换效率高，亮灭响应速度快，因而大大降低电力消耗，一般情况下，钨丝灯泡发光效率为20 lm/W（光通量 /电功率），萤光灯为60~80 lm/W，而蓝光LED为120 lm/W，是灯泡电力消耗的1/6，萤光灯的1/2。 　　城市中商店，公司，机关，办公室，街道，娱乐场所，道路等照明用电量约占整个电力消耗的20%。据日本估计，如交通信号灯，霓红灯，广告牌及半数的白炽灯和萤光灯由LED代替，2010年，将削减能源(换算为石油)约8亿L。由此可见，LED在节约能源，减少污染!改善人们的生活环境等方面都有着重大的意义。 GaP的应用 目前市场主要供应的红、绿色普通LED，主要使用GaP衬底材料，超高亮度LED主要使用GaAs，GaN，ZnSe和SiC等材料 磷化铟 磷化铟(InP)是重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料之一，是继Si、GaAs之后的新一代电子功能材料。 　　由于InP在熔点温度1335±7K时，磷的离解压为27.5atm，因此InP多晶的合成相对比较困难，单晶生长也困难得多，整个过程始终要在高温高压下进行，所以InP单晶就难获得，而且在高温高压下生长单晶，其所受到的热应力也大，所以晶片加工就很难，再加上InP的堆垛层错能较低，容易产生孪晶，致使高质量的InP单晶的制备更加困难。所以目前相同面积的InP抛光片要比GaAs的贵3~5倍。而对InP材料的研究还远不如Si、GaAs等材料来得深入和广泛。 InP是直接带隙、闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，能带宽度室温下为1.35eV。与其晶格匹配的InAsP、InGaAs的带隙对应于1.3~1.6mm波段，以InP材料为衬底制作的波长范围在1.1~1.7mm的发光二极管，PIN光电探测器在SiO2~GeO2光纤通信系统中色散近似为零，传输损耗最低，已经并将不断在日益发展的光纤通信系统中发挥其重要作用。 　　由于InP材料具有电子漂移速度快，负阻效应显著等特点，除制作光电器件、光电集成电路(OEIC)外，更是制作微波器件、高速、高频器件(HEMT，HBT等)的理想衬底材料。高场条件下(~104Vcm)InP材料具有转移电子效应(体效应)，作为转移电子效应器件(TED)材料，InP比GaAs更为理想。 InP与GaAs相比较 与GaAs材料相比，在器件制作中，InP材料具有下列优势: ①InP器件的电流峰-谷比高于GaAs，因此，InP器件比GaAs器件有更高的转换效率; ②惯性能量时间常数小，只及GaAs的一半，故其工作频率的极限比GaAs器件高出一倍; ③InP峰-谷比的温度系数比GaAs小，且热导率比GaAs高，更有利于制作连续波器件; ④InP材料InP器件有更好的噪声特性; ⑤在较高频率下，InP基的Gunn器件有源层的长度是GaAs器件的二倍，故可简化器件的制作工艺等。 InP单晶材料的主要应用领域 InP作为衬底材料主要有两种应用途径: a.光电器件,包括光源(LED、LD)和探测器(PD、 APD 雪崩光电探测器)等,主要用于光纤通信系统。 b.电子器件包括高速高频微波器件(金属绝缘场效应晶体管MISFET 、HEMT高电子迁移率晶体管 、HBT异质结晶体管 )和光电集成电路(OEIC),为满足以上应用的需要，InP单晶材料主要有表1中所示出的几种类型： InP材料的热导率比GaAs高(分别为0.7、455Wcm.K)。因此InP基的器件可有较大的输出功率。 InP材料局域态密度比GaAs小,易于形成n型反型层,更适于制作高速微波器件器件。 　　InP作为太阳能电池材料有较高的理论转换效率，尤其抗辐射性能比GaAs、Si等更为优越,特别适于空间应用，在地球同步轨道上运行10年，3种材料的