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。G6H-2-12VDC 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。

   日本日亚化学公司Sh哟i Nakamura所在的研究组在蓝宝石衬底表面引入低温GaN缓冲层(代替AlN缓冲层),解决了GaN夕卜延薄膜与衬底晶格失配的问题,并创造性地使用双气流金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法制备了高质量的Ga外延薄膜。再通过退

火处理过程形成p型G瘀,成功构筑了GaN p△结蓝光LED。红外LED的研究己经表明, 异质结合量子阱(Quantt1m Well,QW)是实现高光效的保证。在异质结和量子阱中,电子和空穴被限制在极小的空间内,其内的复合过程更高效,能量损失更小。为了获得更高效

的蓝光LED,Nakamura等又采用InGaN/G瘀的双异质结,获得了波长为440nm的更高光效的蓝光LED。