关于氮化镓材料的特性及其发展前景的探讨

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1、关于氮化镓材料的特性及其发展前景的探讨关于氮化镓材料的特性及其发展前景的探讨MSE09JesusChristHC长沙中南大学410012摘要:作为第三代半导体材料的代表,氮化镓基半导体材料是新兴半导体光电产业的核心材料和基础器件,不仅带来了IT行业数字化存储技术的草命,也将推动通讯技术发展,并彻底改变人类传统照明的历史。氮化镓基半导体材料内、外量子效率高,具备高发光效率,高热导率、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性,是目前世界上最先进的半导体材料,可制成高效蓝、绿、紫、白色发光二极管和激光器。氮化镓基激光器在增大信息

2、的光存储密度、激光打印、深海通信、大气环境检测等领域有着广泛的应用前景和巨大的市场需求,如果氮化镓基激光器替代目前的DVD光头,其记录密度可以达到现行的2~3倍,如果打印机采用氮化镓基激光器,其分辨率可以从现在标准的600dpi提高到1200dpi。作为一种化合物半导体材料,氮化镓材料具有许多硅基半导体材料所不具备的优异性能,包括能够满足大功率、高温高频和高速半导体器件的工作要求。其中氮化镓区别于第一和第二代半导体材料最重要的物理特点是具有更宽的禁带,可以发射波长比红光更短的蓝光。关键词:GaN半导体LED引言GaN材料的研究

3、与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点,是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,并与SiC、金刚石等半导体材料一起,被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。作为一种具有独特光电属性的优异半导体材料,氮化镓的应用市场可以分为两个部分:1凭借氮化镓半导体材料在高温高频、大功率工作条件下的出色性能取代部分硅

4、和其它化合物半导体材料器件市场;2凭借氮化镓半导体材料宽禁带、激发蓝光的独特性质开发新的光电应用产品。主要应用于以下几个方面:1大屏幕、车灯、交通灯等领域氮化镓基蓝、绿光LED产品的出现从根本上解决了发光二极管三基色缺色的问题,是全彩显示不可缺少的关键器件。蓝、绿光LED具有体积小,冷光源、响应时间短、发光效率高、防爆、节能、使用寿命长使用寿命可达10万小时以上等特点。因此蓝色发光二极管在大屏幕彩色显示、车辆及交通、多媒体显像、LCD背光源、光纤通信、卫星通信和海洋光通信等领域大有用武之地。2为半导体照明奠定产业化基础在丰富了

5、色彩的同时,氮化镓基LED最诱人的发展前景是其用作普通白光照明。半导体照明一旦成为现实,其意义不亚于爱迪生发明白炽灯。按照目前的技术水平和发展趋势。半导体普通白光照明市场的开始启动大约会在2006年前后,而某些特殊照明市场已经开始启动。3带来数字化存储技术的革命蓝色激光器LD将对1T业的数据存储产生革命性的影响。蓝光LD因具有波长短、体积小、容易制作、高频调制等特点,将取代目前的红外光等激光器目前的VCD~DDVD的激光光头为红外光源,在民用领域有着很大的潜在市场。4军事领域有重要的用途在军事上可制成蓝光激光器,具有驱动能耗低

6、,输出能量大的特点,其激光器读取器可将目前的信息存储量提高数倍,并大大提高探测器的精确性及隐蔽性,因此蓝光激光器将广泛用于军事用途。深海在蓝光范围有一个窗口,氮化镓基激光器可以用来进行深海探测和通信,在国防领域应用具有深远意义。另外,蓝光LD还可应用于光纤通。信、探测器、数据存储、光学阅读、激光高速印刷等领域。氮化镓材料的制备制备高质量的GaN体单晶材料和薄膜单晶材料,是研究开发?族氮化物发光器件、电子器件以及保证器件性能和可靠性的前提条件.因为GaN的融点高,所以很难采用熔融的液体GaN制备体单晶材料,即使采用了高温、高压技

7、术,也只能制备出针状或小尺寸的片状GaN晶体.目前仍在开展生长大尺寸GaN体单晶材料的研究工作.随着异质外延技术的不断进步,现在已经可以在一些特定的衬底材料上外延生长得到质量较好的GaN外延层,这使得GaN材料体系的应用得到了迅速的发展GaN是极稳定的化合物,又是坚硬的高熔点材料,熔点约为1700℃,GaN具有高的电离度,在Ⅲ?Ⅴ族化合物中是最高的(0.5或0.43)。在大气压力下,GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。它在一个无胞中有4个原子,原子体积大约为GaAs的一半。因为其硬度高,又是一种良好的涂层保护材料。氮化镓材料的特性

8、1.GaN的化学特性在室温下,GaN不溶于水、酸和碱,而在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解。NaOH、H2SO4和H3PO4能较快地腐蚀质量差的GaN,可用于这些质量不高的GaN晶体的缺陷检测。GaN在HCL或H2气下,在高温下呈现不稳定特性,而在N2气下最为稳定。2.GaN