藍色LED發(fā)光技術(shù)的研發(fā)（上）

　　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。