GaN-ZnO异质结发光二极管的性能调控(3)
极大的冲击。除此之外，三元化合物半导体，如 GaAsAl、GaAsP；还有一些固溶体半导体，
如 Ge-Si、GaAs-GaP，也属于这个范畴。其中，GaAs 和 InP 等材料适合制作高频、高速、高
温的发光器件，且抗辐射性能和导热性能好，在电子对抗、移动通讯等领域大显身手，实现 表1.1 常用半导体材料及其发光波长、强度等参数
半导体材料类型 GaAs GaP GaAsP GaAlAs GaN:Zn
系列 HG400 HG500 HG520 BT BL
发光颜色 红外 红外 红外 红 绿 红 红 蓝
发光波长/nm 940 930 930 695 555 650 680 490
发光强度/mcd >0.3 >1 >0.4 >0.4 2
发光功率/mW >1 >10 >100
正向电压/V <1.3 <1.6 <2 <1.8 <2 <2.5 <2.5 7.5
工作电流/mA 30 200 300 10 10 10 10 10
最大电流/mA 50 200 300 50 50 50 50
反向电流/μA <50 <50 <50
反向耐压/mV >5 >5 >5
最大功率/Mw 75 300 100 100
了军民两用。 随着人们对半导体材料的进一步探索和研究，第三代半导体如雨后春笋般出现。
碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）等材料都属于这一宽禁带半导体的阵营。凭
借着禁带宽、频率高、发光效率高的优势，它们在一些蓝紫光的 LED领域广泛应用，满足了
短波长发光和高转换效率的要求。
LED所用半导体材料大多是第三代宽禁带半导体III-V族化合物， III族元素多为Al、 Ga、
In，V族元素多是 N、P、As，包括GaAs、GaN、AlGaN、AlGaAs、InGaAsP 等。LED半导
体材料的发展是一个阶段性的过程。在人们对发光材料的探索历程中，有三种不同的宽禁带
第三代半导体代表了三个认知水平。它们是硒化锌（ZnSe）、氮化镓（GaN）和氧化锌（ZnO）3]。
在近40年中，随着薄膜生长技术由传统的热平衡生长向非平衡生长转变，传统方法生长
的薄膜所突出反映的缺陷多、杂质多、薄膜表面不平滑的问题得到了有效解决。生长方法的
改善极大的推动了 ZnSe 半导体材料的应用。在随后的 1991 年，美国的 3M 公司利用高质量
的 ZnSe 薄膜制备出了第一个 ZnSe 蓝绿色激光器[4]
。受此启发，自此之后以 ZnSe 为代表的
II-VI族组成的一系列化合物半导体成为了研究的热点。
目前商业化的 LED芯片大都是 GaN基的芯片， GaN材料具有宽禁带、高电子漂移速度，
性质稳定。但 GaN 的激子束缚能低，仅 26meV，而且 GaN 薄膜的生长难度较大，衬底材料
的选择也很难满足晶格匹配的原则。目前一般选用在商业化蓝宝石基片的（0001）面上生长
GaN材料，但这也没有完全解决 GaN与衬底的失配率较高的难题，一定程度上限制了其在短
波长 LED领域上的普及应用。
同样作为第三代半导体的 ZnO，激子束缚能为 60meV，同样满足宽禁带的要求
（Eg=3.37eV）。相对 GaN材料来说，其激子可以在高温下保持稳定状态，ZnO 材料在室温和
更高的温度下都可以实现稳定可靠的发射。 ZnO材料耐高温、耐辐照能力强，性质十分稳定，目前普遍采用的 ZnO 薄膜生长技术属于低温生长。这种生长技术有效避免了高温条件下衬底