河北普兴电子科技股份有限公司 王 刚 聂永烁



半导体材料在LED产业中的发展和应用

河北普兴电子科技股份有限公司 王 刚 聂永烁

【摘要】基于半导体在LED产业中的发展和应用分析，主要分为四个方面进行阐述，半导体材料SiC、半导体材料GaN、半导体材料ZnO、单元素晶体金刚石。通过这种材料的说明，更好的体现LED产业中，半导体材料的价值，从而提升发光效率。

【关键词】半导体材料；LED；材料应用

半导体材料发，其导电能力处于导体和绝缘体之间，是制定集成电路、电力电子器件以及晶体管的重要手段，工作人员通过这种基础手段进行通信、计算机应用以及网络使用。与之前的半导体材料相比，这种半导体材料有很多优势，现对其在LED产业中的发展和应用进行分析。

1 半导体材料SiC

在半导体材料的运用中，SiC是最早开发的，目前发展比较成熟。这种晶体材料，有着不同的结构，不同异型体之间有相同的化学性质。SiC属于间接禁带半导体，这种情况下，SiC LED的发光程度比较小，但是研究的时间比较长，制造工艺比较完善。在实际应用中，SiC蓝色LED拥有较强的抗辐射能力，降低损伤的几率，还能够耐受高温［1］。在高压和高频的情况下，能够得到有效利用。这种材料的出现，促进了红、绿、蓝LED芯片发光，能够为LED色彩输出提供依据，拓展了LED的应用领域。在实际应用中，已经创造出这种器件，其发光效率还有待提升。

2 半导体材料GaN

在GaN的研究中，得知很多化合物中的物质都是常见的髋禁带半导体材料，例如GaN和立方氮化硼等。在LED产业中，最常使用的还是GaN，与SiC相比，这种材料有一定优势，能够直接称为半导体材料，在电子迁移中，其速度较快，能够杜绝微管的缺陷，延用技术。

在GaN的分析中，早期研究存在大量的氮空位，增加了材料的背景电子浓度，这种情况下，GaN表现出n型的导电体，但是还有一些型号的GaN材料，无法快速获取这种表现。在LED产业中，GaN最早选用的是MIS结构，这种发光效率比较低，仅仅能够达到0.03%-0.1%，波峰的波长约为480nm，其典型工作电压为7.5V。之后，这种LED发光材料得到了较好的应用，已经成为制造短波段LED的常用材料［2］。工作人员能够应用其在全色显示区域和白光LED区域有所突破，这种方式具有一定创新。最早的LED样品就层使用GaN作为发出的蓝光激励黄色荧光粉，然后通过光复合得到。

3 半导体材料ZnO

在半导体材料研究中，ZnO的研究与p-n结LED还应进行开发。一些研究人员，要通过异质界面工程，充分利用与ZnO相关的半导体物质，由此凸显p-n结的作用。一些人员将宽禁带直接带隙半导体材料与ZnO联合与GaN合成，成功制造出n-ZnO/p-GaN异质结高亮度LED。通过这种手段，增加了导带的能带阶跃，得到了ZnO的紫外光二极管。

在大学研究中，使用透明聚合物将ZnO纳米线进行垂直买纸，从而得到白光的LED。通过这种方法，可以使用低温电子淀积技术，在掺氟的化学物中，对玻璃进行涂抹制作LED。一般情况下，可以在5cm×5cm衬底上，使用材料制作出直径为100～200nm、长达2μm的结晶ZnO的六方晶系纳米线。研究人员还需要做好覆盖工艺，主要使用P型掺杂聚合物，并将改结构埋置在聚苯乙烯中［3］。当电流密度为5mA/cm2（相当于纳米线末端约100mA/cm2的电流密度）时，该LED获得从近紫外（UV）到近红外（IR）的宽带输出，其中心波长为620nm。在实际应用中，ZnO已经体现出较大的能力，但是这种发光器件要想得到更好的使用，还应进行改善和突破，首先是掺杂工艺，获取更高质量的p型ZnO晶片；然后要做好低阻欧姆接触，最后是延长材料的使用年限。在制作工艺的完善中，ZnO这种发光器件在性能和价格上，能够凸显出超过GaN的竞争力，所以，这种情况，研究人员产生这种ZnO发光器件具有广阔的发展前景。

4 单元素晶体金刚石

金刚石被称为第三代半导体材料，其具有超宽的带隙，然后由由激子结合能为80meV。在实际应用中，该材料是短波段LED发展的重点。金刚石属于间接禁带半导体，发光的能力比较差，这种蓝色LED在发光性差的影响下发，缺乏竞争力。但是其具有非常好的前景，目前针对金刚石紫外发光LED的研究，已经取得了一些较好的进展。一些研究学者报道了人工合成的高质量金刚石，这种材料会在电流的作用下发光，并产生宽带的发光峰。这个过程中，其电压一直在2～3eV之间波动。研究人员成功的研制出同质外延金刚石紫外发光二极管。天然金刚石在同质外延生产磷掺杂中，会出现p型和硼掺杂的n型金刚石层，最后合成金刚石的p-n二极管。

研究人员在正向偏压和室温的情况下，观察到较强的峰值，掌握这个波长的紫外光发射，记录其产生的发射能量。通过比较，这种发射能量要高于3.47eV，与同质的外延金刚石相比，其衬底比较贵，不适应大规模生产，所以要使用异质外延的手段，选用价格比较低廉的材料。目前，相关人员尝试使用异质外延的手段，但金刚石膜质量与同质有一定差异，载流子迁移能力较差，所以在金刚石的制作中，要增加对自然界高质量n型金刚石半导体膜工艺的要求。

5 结束语

半导体材料在LED产业中的发展和应用，得到了较好的分析。在LED产业中，研究人员最常使用的还是GaN，与SiC相比，这种材料在应用中凸显优势，能够直接称为半导体材料，在电子迁移中，其速度较快，能够杜绝微管的缺陷，延用技术。在多种材料的分析中，研究人员还发现金刚石与其他半导体材料复合形成的发光二极管并不完善，但这些新的尝试给一些单位展示出一条金刚石紫外发光器件研制的新途径，通过这种方式能够创新发展，且它的成功制备为我们指出了一个新的发展方向。

参考文献

［1］刘耀彬，胡观敏.我国LED产业的发展现状、趋势及战略选择［J］.科技进步与对策，2010，12﹕77-81.

［2］向磊.LED用半导体发光材料的产业现状［J］.世界有色金属，2010，10﹕68-71.

［3］李胜会，黄华茂，王洪.我国LED产业发展现状分析与政策措施［J］.宏观经济研究，2011，09﹕25-32.