資料介紹
1993年日亞化學(xué)工業(yè)推出藍色LED之后,有一段時期公眾普遍認(rèn)為藍色LED就是日亞化學(xué)開發(fā)出來的。對此,天野教授說,“藍色LED的產(chǎn)品化是眾多先行者為了合成出氮化鎵(GaN)類半導(dǎo)體晶體而開發(fā)的技術(shù)和堅持的結(jié)果”。
赤崎和天野的研究小組,就在GaN類藍色LED的開發(fā)中做出了重要貢獻。赤崎在2001年獲得了“應(yīng)用物理學(xué)會成就獎”,獲獎理由中有這樣一段話:“在GaN類氮化物半導(dǎo)體材料和元器件的研發(fā)中,赤崎及其研究小組的研究是所有研究的出發(fā)點。通過開發(fā)低溫緩沖層技術(shù),1986年成功地獲得了品質(zhì)明顯提高的晶體,并在1989年實現(xiàn)了此前不可能的p型傳導(dǎo)和n型傳導(dǎo)性控制,同年還實現(xiàn)了pn結(jié)藍色發(fā)光二極管?!?/p>
藍色LED技術(shù)確立于1985年,對外公開發(fā)表在1986年。
圖:高亮度藍色LED的構(gòu)造藍寶石襯底上有低溫GaN緩沖層
在介紹藍色LED發(fā)明時,提到的全是GaN類藍色LED,因為GaN類藍色LED被認(rèn)為是現(xiàn)在實用化的藍色LED的原型。其實,要說發(fā)藍光的LED這個概念,碳化硅(SiC)類藍色LED早在GaN類藍色LED之前就誕生了。不過,SiC類藍色LED輸出的光較弱,對很多研究人員在藍色 LED之后瞄準(zhǔn)的藍色半導(dǎo)體激光器的開發(fā)也沒有起作用,所以,現(xiàn)在如果沒有特別說明,藍色LED就是指GaN類藍色LED。
赤崎和天野的研究小組之所以能獲得這么高的評價,是因為他們一直堅持研究很多研究人員已經(jīng)放棄的GaN材料,付出的努力最終成就了藍色LED。
赤崎選擇的是GaN這條艱難之路
要想讓藍色LED和藍色半導(dǎo)體激光器等藍色發(fā)光器件發(fā)光,至少需要帶隙在2.6eV(電子伏)以上的大型半導(dǎo)體材料。發(fā)光波長與帶隙能量之間的公式為
發(fā)光波長(nm)= 1.24/帶隙能量(eV)×100
藍色發(fā)光波長為455~485nm,按照公式倒推,需要的帶隙能量為2.55~2.72eV。因此,要想實現(xiàn)藍色發(fā)光器件,至少需要 2.6eV以上的帶隙能量。這種帶隙能量較大的半導(dǎo)體被稱為寬禁帶半導(dǎo)體,根據(jù)上面的公式可知,只有寬禁帶半導(dǎo)體才能發(fā)出高能量藍色區(qū)域的短波長的光。
在1960年代后半期至1980年代前半期,這種藍色發(fā)光器件的候補材料有SiC、硒化鋅(ZnSe)和GaN三種。但這三種材料受到的期待并不相同。根據(jù)晶體生長的難易程度,大多數(shù)研究人員都把目光投向了SiC和ZnSe這兩種材料。
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