属于Ⅲ-V族化合物的GaN材料的研究与应用是如今全球半寻体研究的前沿和热点, A1280APQ160C是制备微电子器件和光电子器件的新型半导体材料。G扒半导体材料具有宽直接带隙(3.39eV)、强化学键、高热导率、化学稳定性好及强的抗辐照能力等特点,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有广阔的前景,被称为第一代硅锗半导体材料和第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。⒍N晶属于六方纤锌矿结构,具有极高的硬度和熔点。一般而言,GaN晶体中存在较多的晶格缺陷,这使得晶体具有良好的电了迁移率,硅(Si)的掺杂能够使其成为n型半导体。GaN及其合金半导体材料是理想的短波长发光器件材料,其禁带宽度覆盖了从绿光到紫外的范围,如AlG洲合金材料能够发射波长为250nm的远紫外光(见图5-4)。

   GaN材料在半导体二极管中的应用研究并不是一帆风顺的,甚至人们一度认为GaN材料不适合应用于LED器件中。在最初的研究中,有两个关键问题制约了GaN基LED的研究:一是无应变的G瘀单晶薄膜的合成制备(以蓝宝石为衬底制备的GaN夕卜延薄膜囚较大的应力而易产生裂纹,月^位错密度难以降低);二是难以制备合格(高空穴浓度)的p型GaN材料。单晶GaN的制备通常是在蓝宝石基底材料上异质外延生长。由于GaN和蓝宝石之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数差异,囚此很难获得表面平整且无裂纹的高质量GaN外延薄膜。1986年Isamu Akasaki及其合作者Hiro血i Amano在蓝宝石基底上首先在蓝宝石衬底上通过低温(500℃)成核生长30nm厚的AlN多晶薄膜作为缓冲层,然后利用金属有机气相外延生长(MOVPE)的方法制备了表面无裂纹的高质量GaN夕卜延薄膜。随后侧向外延生长技术(ELOG)的引入,GaN外延薄膜的位错密度降低至107/cm2。难以获得p型GaN材料一度限制了GaN p-ll结LED器件的发展。直到1989年Akasaki等首次用低能电子束辐照(LEEBI)的方法获得了Mg或Zn掺杂的p型GaN材料。在随后的1991年,Sh哟i Nakamura等将气相生长的Mg或Zn掺杂的少GaN夕卜延片,在ω0~750℃氮气气氛中退火处理,从而获得高空穴浓度(低阻)的阝C.aN外延片,这一方法更适合于工业化的大规模生产。Mg掺杂p型GaN材料的突破打开了制备高效LED的大门。到目前为止,所有N基蓝光LED都是以Mg掺杂少GaN为基础来构建的。