：1879年10月22日，托马斯.爱迪生点着了榜首盏白炽灯，此举改动了国际上每一个人的日子，从此，人类逐步开始运用无焚烧、无烟、无味的光源。时至今日，地球上正在运用的灯泡有300亿个，每年共耗费约2650TWh,占全球电能总耗费的百分之十九。近些年来，受国家节能减排方针的影响，

　　1907年，Henry Joseph Round宣布了历史上榜首份半导体发光效应的陈述。1929年，俄罗斯无线电技能人员Oleg Vladimirovich Losev 取得了榜首个LED专利。直到1962年，榜首个红光LED才面世(Nick Holonyak与S.F.Bevacqua创造）。自此，LED技能迅猛开展，1968年，榜首款商用LED只能宣布0.001lm的红光，现在已呈现了亮度超越100lm的商用高亮度白光LED。在曩昔的三十年中，单个LED的光通量每18至24个月增加一倍，一起，单个器材的价格每十年下降至本来的十分之一。这一规则被Roland Haitz初次发现，所以被成为“Haitz规律”。如图1【1】所示。

　　电照明在改动人类日子的一起，也带来巨大的能耗，随之而来的是巨大的CO2排放，据估计，在白炽灯和荧光灯主导的时代，全国际每年用于照明的耗电量为2650TWh，占全球发电量的19％。半导体照明不光自身对环境不构成污染,而且，同传统的白炽灯、荧光灯比较,节电功率可达90 %以上，假如白光LED的功率在2025年之前可以到达200lm/W,它极有期望替代现在的荧光灯，估计每年可节省10亿桶石油（适当于削减250个大型核电站的发电量）。与传统照明方法比较，LED具有以下长处：

　　4.操控便利,只需调整电流便可随意调光,不同光色的组合改变无常,运用时序操控电路,可以完结五光十色的动态改变作用。

　　LED的中心部分是由P型半导体和N型半导体组成的PN结。正向偏置时，N型区很多的电子跨过下降的势垒注入到P型区一侧的准中性区（大都载流子注入），随后，进入N型区的电子与P型区的大都载流子空穴产生复合，电子空穴复合进程中会产生光子；与此一起，在P型区的很多的空穴也注入到N型区一侧的准中性区内与N型区的电子产生复合而宣布光子，完结电能到光能的转化。

　　像Si这样的直接带系半导体中，因为电子和空穴的晶格动量不同，所以在带间跃迁的时分，难以坚持动量的守恒，因而在直接带隙半导体中的复合首要总过R-G复合中心产生，复合进程中开释的能量转化为热能。另一方面，如GaN这样的直接带隙半导体，电子和空穴的晶格动量近乎持平，这使得注入的大部分载流子凭借与带间复合而消除，复合进程中开释的能量转化为光能，光子一旦逃逸出二极管，就成为LED所发的光。

　　又C=λν,输出波长的峰值大约为λg=1.24/Eg。要产生可见光，输出的光波长 λg有必要处于0.4μmλg0.7μm的范围内，也便是1.77eVEg3.10eV。

　　由此可以揣度，制作可见光LED的半导体资料至少要满意三个基本条件【2】：榜首，要为直接带隙半导体；第二，禁带宽度Eg应满意1.77eVEg3.10eV；第三，要简单构成pn结。除以上三条基本条件外，发光复合率大、可取得完整性好的优质晶体也是重要的资料选择准则。可是，适得其反的是，几乎没有半导体能一起满意以上条件，GaP、AlAs、SiC都具有适宜的禁带宽度，可是它们都是直接带隙半导体；直接带隙半导体GaA能带宽度又过小；许多Ⅱ-Ⅳ族化合物半导体既是直接带隙半导体，又具有适宜的禁带宽度，可是却不易构成pn结。因为没有半导体可以一起满意以上要求，所以市面上的LED采用了半导体合金和“光增强”中心。

　　从前，GaAsP 、AlGaAs、SiC等被作为干流LED的制作资料，并取得了适当的成果。做为第三代半导体代表的GaN是直接跃迁型半导体资料,具有的禁带宽度大、电子迁移率高（是其长辈SiC的2倍）、无微管缺点、击穿电场高级许多优秀的功能。可是在适当长的一段时间内，【3】GaN资料因为遭到没有适宜的单晶衬底资料(蓝宝石衬底与GaN的晶格失配高达14%)、位错密度太大(约为ZnSe资料的107倍)、n-型本底浓度太高(1018/cm3)和无法完结p-型掺杂等问题的困扰,曾被认为是一种没有期望的资料,因而开展十分缓慢.进入90时代之后,跟着资料成长和器材工艺水平的不断开展和完善,GaN基器材的开展十分迅速,现在已经成为宽带隙半导体资料中一颗十分耀眼的新星。

　　表1【4】为国际首要LED厂商以及其首要产品，由表得知，GaN基LED已然成为各大出产商竞相研讨、出产的主打产品。GaN成为制作LED的干流资料。

　　1991年，日亚公司研发成功同质结GaN基蓝光LED，峰值波长430nm，光谱半宽55rim，其光输出功率为其时市场上SiC LED的10倍，外量子功率约为0．18％。

　　同质pn结资料间的折射率之差很低，光的阈值也很低。异质结构可以进步功率，如图4所示为日本日亚公司于1994年研发的GaN基双异质结蓝光LED的结构示意图，图中，双异质结结构把电子和空穴约束在发光层内，Zn作为辐射复合中心,双异质结注入的电子、空穴经过Zn能级复合发光。pn结资料与中心活性层（以掺Zn、的InGaN作为发射蓝光的器材有源层和AlGaN阻挡层）资料不同，带隙较高，层与层之间折射率之差较大，所以辐射的光很强，光谱的半高宽较窄，易取得愈加纯的单色光。

　　日亚公司又于1995年研发出一种单量子阱结构的GaN基LED,即在有源层刺进InGaN薄膜（厚度与德布罗意波长同数量级），使阱层中的载流子遭到一维约束，产生能带割裂，复合进程被很好地约束在活性层，所以发光亮度大大增强。如图5所示。

　　GaN的制构本钱十分昂扬。短少适宜的、大面积的衬底是约束GaN器材开展的严峻的妨碍，现在，Al2O3蓝宝石做为最遍及的衬底资料用于实践的制作业。可是蓝宝石是绝缘体,器材需求横向规划,与笔直器材比较遭到击穿电压约束,而且得到的高功率密度器材的体积也很大。为了处理这个问题，一些科学家正在进行有利的测验，企图以Si做为衬底，并取得了一些发展。别的，蓝宝石与GaN的晶格失配率高（晶格参数无外延联系时为-33％，有外延联系时为16％）这一问题也靠成长缓冲层这一行动得到了改进。

　　用受体原子掺杂GaN难以取得高浓度的空穴，现在通用的做法是用镁作为掺杂剂【5】，因为掺杂了镁的GaN在电子束曝光的激活下可以构成pn结，可是掺杂了镁的GaN电阻率很高，而且镁的激起能级较深（Ea=200meV），P型杂质无法在T=300K时彻底电离，因而为了取得较高浓度的空穴，需求掺杂很多的镁，可是过量的镁又会导致主动补偿效应产生，资料将会取得绝缘性。因为镁的激起能级较深，在T=300K时，镁的电离率只要百分之几，而且空穴迁移率（μp=10cm3/v/s)低于电子迁移率（μn=200cm3/v/s),所以假如运用规范pn结，复合产生的首要场地点P型区。

　　【3】梁春广,张冀. GaN——第三代半导体的曙光[J].半导体学报，1999,2:89-99