化合物半导体材料.ppt

* InP特性 高电场下，电子峰值漂移速度高于GaAs中的电子，是制备超高速、超高频器件的良好材料； InP作为转移电子效应器件材料，某些性能优于GaAs InP的直接跃迁带隙为1.35 eV，正好对应于光纤通信中传输损耗最小的波段； InP的热导率比GaAs好，散热效能好 InP是重要的衬底材料：制备半绝缘体单晶 * 4.1.3 GaN 1928年被合成。化学性质稳定。 稳定结构为纤锌矿结构，键能大，熔点较高，晶格常数较小 GaN禁带宽度为3.4 eV 非掺杂是n型半导体；Mg掺杂是p型半导体 * GaN性质 高频特性，可以达到300 GHz 高温特性，在300℃正常工作（非常适用于航天、军事和其它高温环境） 电子漂移饱和速度高、介电常数小、导热性能好 耐酸、耐碱、耐腐蚀（可用于恶劣环境） 高压特性（耐冲击，可靠性高） 大功率（对通讯设备是非常渴望的） * 发光二极管 LED 发光二极管Light-Emitting Diode 是由数层很薄的掺杂半导体材料制成。 当通过正向电流时，n区电子获得能量越过PN结的空间电荷区与p区的空穴复合以光的形式释放出能量。 * LED应用 半导体白光照明 车内照明 交通信号灯 装饰灯 大屏幕全彩色显示系统 太阳能照明系统 其他照明领域 紫外、蓝光激光器 高容量蓝光DVD、激光打印和显示、军事领域等 * LED照明的优点 发光效率高，节省能源 低电压、小电流 耗电量为同等亮度白炽灯的 10%-20%，荧光灯的1/2。 绿色环保 冷光源，不易破碎，没有电磁干扰，产生废物少 寿命长，可达10万小时 固体光源、体积小、重量轻、方向性好 单个单元尺寸只有3-5mm 响应速度快，并可以耐各种恶劣条件 * 半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一 地区＼条件·效益 条件 能源节约 降低二氧化碳排放 美国 5％白炽灯及55％日光灯被白光LED取代 每年节省350亿美元电费。 每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量。 日本 100％白炽灯被白光LED取代 可少建1-2座核电厂。 每年节省10亿公升以上的原油消耗。 台湾 25％白炽灯及100％日光灯被白光LED取代 节省110亿度电，约合1座核电厂发电量。 * 美国半导体照明计划 从2000年起国家投资5亿美元 到2010年 55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯取代 每年节电达350亿美元 2015年形成每年500亿美元的半导体照明产业市场 日本21世纪照明计划 投入资金50亿日元 到2007年 30%的白炽灯被置换为半导体照明灯 * 高亮度白光LED的实现 基于蓝光LED，通过黄色荧光粉激发出黄光，组合成为白光 通过红、绿、蓝三种LED组合成为白光 基于紫外光LED，通过三基色粉，组合成为白光 * Ge： Eg＝0.67 eV 红光 GaP：Eg＝2.25 eV 绿光 GaN：Eg＝3.4 eV 紫光 c * 日亚公司1994年首创用MOCVD制备了GaN LED 中村修二，蓝色LED * 市场分布分析 2003年全球GaN基LED芯片产量 按全球LED市场划分，目前市场主要集中在日本、美国、欧洲等发达国家和地区，仅日本、美国市场就占到全球的60％以上。 按应用领域划分，目前，高亮度LED主要用途及市场有显示器背光源（如手机、PDA）、标志（如户外显示）、景观照明、汽车、电子设备、交通信号灯及照明等。 * 氮化镓与其它半导体材料的比较 特性 半导体材料 硅 Si 砷化镓GaAs 磷化铟InP 碳化硅SiC 氮化镓GaN 带隙（eV） 1.1 1.42 1.35 2.3 3.44 300K电子迁移（cm2/Vs ） 1500 8500 5400 700 1000~ 2000 电子饱和速度（107cm/s） 1.0 1.3 1.0 2.0 1.3 击穿场强（MV/cm） 0.3 0.4 0.5 3.0 3.0 热导率（W/cm*K） 1.5 0.5 0.7 4.5 1.5 介电常数ε 11.8 12.8 12.5 10.0 9.0 * GaN的应用 1. 实现半导体照明。 新型的高效、节能和环保光源，将取代目前使用的大部分传统光源，被称为21世纪照明光源的革命，而GaN基高效率、高亮度发光二极管的研制是实现半导体照明的核心技术和基础。 2. 提高光存储密度. DVD的光存储密度与作为读写器件的半导体激光器的波长平方成反比，如果DVD使用GaN基短波长半导体激光器，则其光存储密度将比当前使用GaAs基半导体激光器的同类产品提高4－5倍，因此，宽禁带半导体技术还将成为光存储和处理的主流技术。 3. 改善军事系统与装备性能。 高温