第三代半导体材料在LED产业中的发展和应用3雷通,王小平,王丽军,张雷,吕承瑞,王隆洋(上海理工大学理学院,上海200093)摘要LED产业目前发展非常迅速,LED白光照明和全色显示的前景被普遍看好。宽禁带半导体在LED产业中的应用是推动LED产业向前发展的一个重要动力,并已成为很多国家研究和开发的热点。目前宽禁带半导体在LED产业中发展很快,其应用越来越广泛,相关技术也日渐成熟。综述了几种具有代表性的第三代半导体材料在LED产业中的发展和应用以及各自面临的问题。关键词宽禁带半导体材料SiCGaNZnO金刚石发光二极管中图分类号:TN312.8;TN304DevelopmentandApplicationofthe3rd2generation2semiconductorsinLEDIndustryLEITong,WANGXiaoping,WANGLijun,ZHANGLei,LUChengrui,WANGLongyang(CollegeofScience,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093)AbstractLEDindustryisdevelopingveryfastnow.It’swidelythoughtthatthewhiteilluminationandfullcolordisplaywithLEDhaveabrightfuture.Wide2bandgapsemiconductorisasignificantimpulseinpushingLEDin2dustryforward,whichhasbeenahotspotofresearchanddevelopmentinmanycountries.NowitisdevelopingfastinLEDindustrywithwilderapplicationandmoreperfecttechnologyskillsconcerned.Inthispaperthedevelopmentandapplicationofseveralkindsofrepresentative3rd2generation2semiconductorsinLEDindustryaswellastherespectiveproblemsoccurredsubsequentlyarereviewed.Keywordwide2bandgapsemiconductor,SiC,GaN,ZnO,diamond,LED3上海市教育发展基金资助项目(07ZZ95)雷通:男,1984年生,硕士研究生,主要从事固体薄膜材料的研究王小平:通讯作者,男,博士,教授,主要从事固体薄膜材料光电特性的研究E2mail:wxpchina64@yahoo.com.cn0引言半导体材料是电阻率在10-5～107Ω·m范围内、导电能力介于导体与绝缘体之间的材料,是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料,支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展[1]。在半导体产业中,一般将Si、Ge称为第一代半导体材料;将GaAs(砷化镓)、InP(磷化铟)、GaP(磷化镓)等称为第二代半导体材料;而将宽禁带(Eg>2.3eV)的SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)和金刚石等称为第三代半导体材料。相比第一代、第二代半导体材料,第三代半导体材料有很多重要的优点,例如:禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度快、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性良好等。这些优良的性能使其在光电器件、大功率高温电子器件等方面备受青睐。在LED(发光二极管)产业,第三代半导体材料也凭借其诸多特性大显身手[2]。当前LED产业蓬勃发展,在某些领域,如交通信号灯、标志照明和大面积显示屏中,LED已经得到广泛应用。很多专家甚至预言半导体照明的时代即将来临。正是由于第三代半导体材料在LED产业中的应用,才突破了蓝色LED的技术瓶颈,使得LED白光照明和全色显示成为可能,从而极大地推动了LED的发展与普及[3]。常见的第三代半导体材料有GaN、SiC、AlN、ZnSe、C2BN、CdS、ZnS、ZnO和金刚石等,其中在LED产业中比较有代表性的是GaN、SiC、ZnO和金刚石。虽然主要都被用作短波段LED的发光材料,但是其各自的发展历程和所处的境况却不尽相同。1Ⅳ2Ⅳ族化合物半导体材料SiCSiC是开发最早的宽禁带半导体材料,在现今已开发的宽禁带半导体中,SiC是技术发展最成熟的一种。SiC晶体结构具有同质多型的特点,即在化学计量成分相同的情况下具有不同的晶体结构,各同质异型体之间的化学性质相同,但在物理性质,特别是半导体性能方面则表现出各自的特性。目前已被证实的SiC多形体就超过200种,最常见的SiC多型体有立方结构的3C2SiC和六方结构的6H2SiC、4H2SiC[4]。SiC属间接禁带半导体,导致SiCLED的发光效率都较低,但是由于研究得很早,所以制造工艺比较成熟,且SiC蓝色LED有耐高温、抗辐射损伤、耐高电压击穿和高频特性·7·第三代半导体材料在LED产业中的发展和应用/雷通等好等优点,因此仍得到广泛使用。最早的SiC蓝色LED出现在1977年,由于当时生长的SiC单晶片尺寸小而缺陷密度大,因此Si...
