半導體材料在LED產業中的發展和應用

河北普興電子科技股份有限公司 王 剛 聶永爍

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半導體材料在LED產業中的發展和應用

河北普興電子科技股份有限公司 王 剛 聶永爍

【摘要】基于半導體在LED產業中的發展和應用分析，主要分為四個方面進行闡述，半導體材料SiC、半導體材料GaN、半導體材料ZnO、單元素晶體金剛石。通過這種材料的說明，更好的體現LED產業中，半導體材料的價值，從而提升發光效率。

【關鍵詞】半導體材料；LED；材料應用

半導體材料發，其導電能力處于導體和絕緣體之間，是制定集成電路、電力電子器件以及晶體管的重要手段，工作人員通過這種基礎手段進行通信、計算機應用以及網絡使用。與之前的半導體材料相比，這種半導體材料有很多優勢，現對其在LED產業中的發展和應用進行分析。

1 半導體材料SiC

在半導體材料的運用中，SiC是最早開發的，目前發展比較成熟。這種晶體材料，有著不同的結構，不同異型體之間有相同的化學性質。SiC屬于間接禁帶半導體，這種情況下，SiC LED的發光程度比較小，但是研究的時間比較長，制造工藝比較完善。在實際應用中，SiC藍色LED擁有較強的抗輻射能力，降低損傷的幾率，還能夠耐受高溫［1］。在高壓和高頻的情況下，能夠得到有效利用。這種材料的出現，促進了紅、綠、藍LED芯片發光，能夠為LED色彩輸出提供依據，拓展了LED的應用領域。在實際應用中，已經創造出這種器件，其發光效率還有待提升。

2 半導體材料GaN

在GaN的研究中，得知很多化合物中的物質都是常見的髖禁帶半導體材料，例如GaN和立方氮化硼等。在LED產業中，最常使用的還是GaN，與SiC相比，這種材料有一定優勢，能夠直接稱為半導體材料，在電子遷移中，其速度較快，能夠杜絕微管的缺陷，延用技術。

在GaN的分析中，早期研究存在大量的氮空位，增加了材料的背景電子濃度，這種情況下，GaN表現出n型的導電體，但是還有一些型號的GaN材料，無法快速獲取這種表現。在LED產業中，GaN最早選用的是MIS結構，這種發光效率比較低，僅僅能夠達到0.03%-0.1%，波峰的波長約為480nm，其典型工作電壓為7.5V。之后，這種LED發光材料得到了較好的應用，已經成為制造短波段LED的常用材料［2］。工作人員能夠應用其在全色顯示區域和白光LED區域有所突破，這種方式具有一定創新。最早的LED樣品就層使用GaN作為發出的藍光激勵黃色熒光粉，然后通過光復合得到。

3 半導體材料ZnO

在半導體材料研究中，ZnO的研究與p-n結LED還應進行開發。一些研究人員，要通過異質界面工程，充分利用與ZnO相關的半導體物質，由此凸顯p-n結的作用。一些人員將寬禁帶直接帶隙半導體材料與ZnO聯合與GaN合成，成功制造出n-ZnO/p-GaN異質結高亮度LED。通過這種手段，增加了導帶的能帶階躍，得到了ZnO的紫外光二極管。

在大學研究中，使用透明聚合物將ZnO納米線進行垂直買紙，從而得到白光的LED。通過這種方法，可以使用低溫電子淀積技術，在摻氟的化學物中，對玻璃進行涂抹制作LED。一般情況下，可以在5cm×5cm襯底上，使用材料制作出直徑為100～200nm、長達2μm的結晶ZnO的六方晶系納米線。研究人員還需要做好覆蓋工藝，主要使用P型摻雜聚合物，并將改結構埋置在聚苯乙烯中［3］。當電流密度為5mA/cm2（相當于納米線末端約100mA/cm2的電流密度）時，該LED獲得從近紫外（UV）到近紅外（IR）的寬帶輸出，其中心波長為620nm。在實際應用中，ZnO已經體現出較大的能力，但是這種發光器件要想得到更好的使用，還應進行改善和突破，首先是摻雜工藝，獲取更高質量的p型ZnO晶片；然后要做好低阻歐姆接觸，最后是延長材料的使用年限。在制作工藝的完善中，ZnO這種發光器件在性能和價格上，能夠凸顯出超過GaN的競爭力，所以，這種情況，研究人員產生這種ZnO發光器件具有廣闊的發展前景。

4 單元素晶體金剛石

金剛石被稱為第三代半導體材料，其具有超寬的帶隙，然后由由激子結合能為80meV。在實際應用中，該材料是短波段LED發展的重點。金剛石屬于間接禁帶半導體，發光的能力比較差，這種藍色LED在發光性差的影響下發，缺乏競爭力。但是其具有非常好的前景，目前針對金剛石紫外發光LED的研究，已經取得了一些較好的進展。一些研究學者報道了人工合成的高質量金剛石，這種材料會在電流的作用下發光，并產生寬帶的發光峰。這個過程中，其電壓一直在2～3eV之間波動。研究人員成功的研制出同質外延金剛石紫外發光二極管。天然金剛石在同質外延生產磷摻雜中，會出現p型和硼摻雜的n型金剛石層，最后合成金剛石的p-n二極管。

研究人員在正向偏壓和室溫的情況下，觀察到較強的峰值，掌握這個波長的紫外光發射，記錄其產生的發射能量。通過比較，這種發射能量要高于3.47eV，與同質的外延金剛石相比，其襯底比較貴，不適應大規模生產，所以要使用異質外延的手段，選用價格比較低廉的材料。目前，相關人員嘗試使用異質外延的手段，但金剛石膜質量與同質有一定差異，載流子遷移能力較差，所以在金剛石的制作中，要增加對自然界高質量n型金剛石半導體膜工藝的要求。

5 結束語

半導體材料在LED產業中的發展和應用，得到了較好的分析。在LED產業中，研究人員最常使用的還是GaN，與SiC相比，這種材料在應用中凸顯優勢，能夠直接稱為半導體材料，在電子遷移中，其速度較快，能夠杜絕微管的缺陷，延用技術。在多種材料的分析中，研究人員還發現金剛石與其他半導體材料復合形成的發光二極管并不完善，但這些新的嘗試給一些單位展示出一條金剛石紫外發光器件研制的新途徑，通過這種方式能夠創新發展，且它的成功制備為我們指出了一個新的發展方向。

參考文獻

［1］劉耀彬，胡觀敏.我國LED產業的發展現狀、趨勢及戰略選擇［J］.科技進步與對策，2010，12﹕77-81.

［2］向磊.LED用半導體發光材料的產業現狀［J］.世界有色金屬，2010，10﹕68-71.

［3］李勝會，黃華茂，王洪.我國LED產業發展現狀分析與政策措施［J］.宏觀經濟研究，2011，09﹕25-32.