hvpe法制备gan同质衬底

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1、第一章绪论隙半导体材料，带隙宽度为3．39eV。其他的性质如表1．2所示。非有意掺杂的GaN在各种情况下都呈n型，最好的样品的电子浓度约为4x1016cm一，通过掺Si可以达到1020cm一。P型材料一般都是掺Mg的，但Mg激活率低，需要进一步进行低能电子束辐照或热退火处理，目前已能将掺杂浓度控制在1011～1020cm。3范围。图1．2GaN能级图表1．2纤锌矿GaN的主要特性纤锌矿GaN特性禁带宽度Eg(300k)=3．39eV带隙温度系数dEg／(dT)=．6．0X10。4Ev／k带隙压力系数dEg／(dP)=4．2x10’3Ev&

2、bar晶格常数a=0．3189nmc=0．5185nm热膨胀系数Aa／a=5．59X10击△c／c=3．17X10‘6热导率K=2．3W／cmk折射率n(1eV)22．33n(3．38eV)=2，67介电常数5．354电子有效质量0．2+0．02m0声子模式A1(TO)=532cm‘1第一章绪论El(TO)=560cm。1E2=144，566cm。lAI(LO)=710cm。1El(LO)=741cm‘11．3GaN基器件及应用前景近年来，由于GaNMOCVD生长设备与工艺的进步，GaN基器件的性能有了极大的进步。考虑到GaN基器件确实具

3、有很大的优势和光明的推广前景，世界上很多国家和大公司都投入巨资开展了GaN基器件的研究，并且已经有部分器件实现了商品化。GaN不但可以制作光电子器件，同时也适合制作电力电子器件、微波器件等电子器件，在众多的GaN器件中，目前研究较多有较好应用前景的GaN基器件有：GaN基LED、LD、UV探测器、HEMT等。1．3．1GaN基LED氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氮化铝(AIN)都是直接能隙(direct。band．gap)半导体，因此极适合作为发光元件的材料。通过改变组分成分，可以调节出能隙从6．2eV到0．7eV的三元(terna

4、ry)或四元(quaternary)化合物半导体，所对应之发光波长涵盖深紫外光到远红外光波段范围。利用此项可以任意调变所需发光波长的特点，使得氮化镓系列半导体材料被广泛的运用在发光二极管(Light．EmittingDiode，LED)与激光二极管(LaserDiode，LD)等光电元件上。自从日本日亚(Nichia)公司成功地在蓝宝石衬底上成功生长出氮化镓蓝／绿光发光二极管结构，并且不断的提升其发光效率，使得人类拥有全彩化发光二极管的梦想得以实现。然而该突破不仅仅是给予显示科技一个新的趋势与方向，也使得固态照明产业也跃跃欲试地想取代现有

5、的传统照明设备。相较于荧光灯管与白炽灯泡等传统发光元件，发光二极管具有高发光效率、快速启动／反应时间快、重量轻、耐摔／碰撞、寿命长、体积小、环保等特点。早期在车用方面，第三刹车灯、车尾灯与面板灯源，都已被发光二极管所取代；在交通信号灯上：利用红、黄、绿三色发光二极管代替传统灯泡，可有效的省下90％电力并提高行车安全；在显示科技领域，利用红、绿、蓝发光二极管当作背光源，可有效的缩小面板的体积与重量，也可以使得色彩饱和度提升至120％以上。GaN基LED最重要也是最有前景的应用领域是半导体照明领域，很多国家都投入巨资进行研究，4第一章绪论并制

6、定了相应的研究计划。比如美国的“半导体照明国家研究项目”，日本的“2l世纪照明计划”，欧洲的“彩虹计划”，韩国“氮化镓半导体开发计划”。我国也实施了“国家半导体照明工程”。预计2010年，我国用电量将达到2．7万亿千瓦时，照明用电量超过3000亿千瓦时，若有1／3白炽灯用半导体LED灯代替，每年就能节省电力1000亿千瓦时，相当于一个三峡工程的发电量。而据美国预计，从2000年至U2020年，仅美国将因半导体灯的使用，累计将减少2．58亿吨碳污染物的排出；少建133座新的电站；预计至U2010年，55％的白炽灯和荧光灯被半导体灯取代，至i

7、J2025年，固态照明光源的使用将使照明用电减少一半，每年节电额达350亿美元；累计节约财政开支l150亿美元；形成一个每年产值超过500亿美元的半导体照明产业市场；带来数以百万计的工作机会。美国Cree公司在2005年2月宣称发光效率100lm／W的白光发光二极管已可量产；同年6月，更将这个数值提高到131lm／W；这意味着固态照明的时代已经来临，并且也暗示着发展高亮度／高发光效率的白光发光二极管已是个刻不容缓的课题。而现阶段利用发光二极管产生白光的方式如下：1．利用蓝光发光二极管激发黄色荧光粉的组合，以产生白光。2．绿、蓝两色发光二极

8、管激发红色荧光粉的组合，以产生白光。3．利用三颗红、绿、蓝三色发光二极管以混合成白光4。利用深紫外光发光二极管激发红、绿、蓝三色荧光粉，以产生白光。利用方法一与二所产生的白光，有颜色偏黄或是偏