异质结原理与器件小论文 题目：
队长：刘
成员：马丹丹
（小组） GaN ——第三代半导体的新势力 敏 物理1001 光信1001
李秋虹 光信1002
目录
选题背景 ………………………………………………………………3
一、GaN 材料的发展概述……………………………………………4
二、 GaN 材料的特性…………………………………………………4
2.1化学特性…………………………………………………………6
2.2结构特性…………………………………………………………6
2.3电学特性…………………………………………………………7
2.4光学特性…………………………………………………………7
三、GaN 材料的应用…………………………………………………8
3.1新型电子器件……………………………………………………8
3.2光电器件…………………………………………………………8
四、GaN 的优缺点………………………………………………………10
4.1GaN 材料的缺点…………………………………………………10
4.2GaN 材料的优点…………………………………………………11
五、总结…………………………………………………………12
六、参考文献…………………………………………………………13
七、异质结小组分工及时间安排………………………………………13
GaN ——第三代半导体的新势力
选题背景：自20世纪60年代，发光二极管(Light Emitting Diode ，LED) 的发展非常迅速，它具有体积小、耐冲击、寿命长、可靠度高与低电压低电流操作等优良的特性，适用于在各种环境的使用，而且符合未来环保节能的社会发展趋势。初期的以砷化镓(GaAs)、铝铟磷镓(AIGalnP)材料为基础之发光二极管，实现了红光至黄绿光波段的电激发光。GaN 材料的研究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。
关键词：氮化镓 半导体材料 特性 应用
一、 GaN 材料的发展概述
GaN 是由Johnson 等人于1928年合成的一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，由于晶体获得的困难，所以对它的研究未得到很好的进展。在60年代，用Ⅲ-Ⅴ族化合物材料GaAs 制成激光器之后，才又对GaN 的研究产生兴趣。1969年，Maruska 和Tietjen 成功制备出了单晶GaN 晶体薄膜，给这种材料带来了新的希望。但在此后很长时期内，GaN 材料由于受到没有合适的衬底材料、n 型本底浓度太高和无法实现p 型掺杂等问题的困扰，进展十分缓慢。进入90年代以来，由于缓冲层技术的采用和p 型掺杂技术的突破，对GaN 的研究热潮在全世界蓬勃发展起来，并且取得了辉煌的成绩。
二、GaN 材料的特性
Ⅲ族氮化物，主要包括GaN 、AN 、InN （Eg
GaN 是Ⅲ族氮化物中的基本材料，也是目前研究最多的Ⅲ族氮化物材料。GaN 材料硬度高，化学性质非常稳定。GaN 的电学性质是决定器件性能的主要因素，电子室温迁移率目前可以达到900㎝2/（V •s ）。在蓝宝石衬底上生长的未参杂的GaN 样品存在较高（>1018/cm3）的n 型本底载流子浓度，现较好的GaN 样品的n 型本底载流子浓度可以降到1016/cm3左右。由于n 型本底载流子浓度较高，制备p 型GaN 样品的技术难题曾一度限制了GaN 器件的发展。随着技术的发展，目
前已经可以制备载流子浓度在1011~1020/ cm3的p 型GaN 材料。
在GaN 材料体系中，GaInN 的使用最为广泛，这是因为GaInN 为直接带隙材料，通过改变In 组分，可以调整发光波长，发光范围基本可以覆盖整个可见光光谱，另外GaInN 的电子迁移率较高，适合制作高频电子器件，但在In 组分较大时，GaInN 同GaN 或AN 的晶格失配较大，材料生长较为困难。
接下来我们将详细阐述GaN 材料的基本特性。
2.1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。GaN 具有高的电离度，在Ⅲ-Ⅴ族化合物中是最高的（0.43或0.5）。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。
2.2结构特性
下表列出了GaN 纤锌矿和闪锌矿结构的重要物理参数。
在很高压强下，GaN 、AN 、InN 能生成岩盐结构。纤锌矿结构是
六方柱体原胞，因此有2个晶格常数a 和c 。纤锌矿结构由各自包含一种原子的两个密排六方晶格，沿c 轴方向相对位移3c/8套构而成。闪锌矿结构由包含4个Ⅲ族原子和4个Ⅴ族原子的立方原胞构成，它是由两个面心立方晶体，沿对角线方向相对位移3a/4套构而成的。闪锌矿结构和纤锌矿结构从电子结构上看是相关的，两种结构的主要差别在于密排原子表面的堆积顺序不同，闪锌矿结构晶格原子的堆叠是…ABCABCABC …, 而纤锌矿的堆叠顺序是…ABABAB …。
2.3电学特性
GaN 的电学特性是影响器件的主要因素。未掺杂的GaN 在各种情况下都呈n 型, 最好的样品的电子浓度约为4×1016/cm3。一般情况下所制备的P 型样品，都是高补偿的。
GaN 最高迁移率数据在室温和液氮温度下分别为μn=600cm2/v•s 和μn= 1500cm2/v•s ，相应的载流子浓度为n=4×1016/cm3和n=8×1015/cm3。近年报道的MOCVD 沉积GaN 层的电子浓度数值为4 ×1016/cm3、
未掺杂载流子浓度可控制在1014～1020/cm3范围。另外，通过P 型掺杂工艺和Mg 的低能电子束辐照或热退火处理，已能将掺杂浓度控制在1011～1020/cm3范围。
2．4光学特性
人们关注的GaN 的特性，旨在它在蓝光和紫光发射器件上的应用。氮化镓晶体管是直接带隙半导体材料, 在室温下有很宽的带隙
(3.39eV)。它在光电子器件如蓝光、紫外、紫光等光发射二极管和激光二极管方面有着重要的应用。作为第三代半导体材料的代表，氮化镓（GaN ）基材料可制成高效蓝、绿光发光二极管和激光二极管LD （又称激光器），并可延伸到白光，将替代人类沿用至今的照明系统。氮化镓（GaN ）基材料奠定了解决白色发光二极管的基础，并且氮化镓蓝光LED 相关材料及器件广泛应用于全色大屏幕显示器，高亮度LED 交通信号和指针灯，以氮化镓为基础的高亮度半导体LED 具有体积小、寿命长、功耗低等优点，并向着高亮度、全彩色、大型化方向发展。
三、GaN 材料的应用
3.1新型电子器件
GaN 材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前，随着 MBE技术在GaN 材料应用中的进展和关键薄膜生长技术的突破，成功地生长出了
GaN 多种异质结构。用GaN 材料制备出了金属场效应晶体管（MESFET ）、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管（MODFET ）等新型器件。调制掺杂的AlGaN/GaN结构具有高的电子迁移率(2000cm2/v•s) 、高的饱和速度(1×107cm/s)、较低的介电常数，是制作微波器件的优先材料；GaN 较宽的禁带宽度(3.4eV) 及蓝宝石等材料作衬底，散热性能好，有利于器件在大功率条件下工作。
3.2光电器件
GaN材料系列是一种理想的短波长发光器件材料，在前面提及的GaN 材料的特性描述中我们知道GaN 及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。自从1991年日本研制出同质结GaN 蓝色 LED之后，InGaN/AlGaN双异质结超亮度蓝色LED 、InGaN 单量子阱GaNLED 相继问世。目前，Zcd 和6cd 单量子阱GaN 蓝色和绿色 LED已进入大批量生产阶段，从而填补了市场上蓝色LED 多年的空白。蓝色发光器件在高密度光盘的信息存取、全光显示、激光打印机等领域有着巨大的应用市场。随着对Ⅲ族氮化物材料和器件研究与开发工作的不断深入，GaInN 超高度蓝光、绿光LED 技术已经实现商品化，现在世界各大公司和研究机构都纷纷投入巨资加入到开发蓝光LED 的竞争行列。 1993年，Nichia 公司首先研制成发光亮度超过lcd 的高亮度GaInN/AlGaN异质结蓝光LED ，使用掺Zn 的GaInN 作为有源层，外量子效率达到2.7%,峰值波长450nm, 并实现产品的商品化。1995年，该公司又推出了光输出功率为2.0mW ，亮度为6cd 商品化GaN 绿光 LED产品，其峰值波长为525nm ，半峰宽为40nm 。最近，该公司利用其蓝
光LED 和磷光技术，又推出了白光固体发光器件产品，其色温为6500K ，效率达7.5流明/W。除Nichia 公司以外，HP 、Cree 等公司相继推出了各自的高亮度蓝光LED 产品。高亮度LED 的市场已从1998年的 3.86亿美元跃升为2003年的10亿美元。高亮度LED 的应用主要包括汽车照明，交通信号和室外路标，平板金色显示，高密度DVD 存储，蓝绿光对潜通信等。
在成功开发Ⅲ族氮化物蓝光LED 之后，研究的重点开始转向Ⅲ族氮化物蓝光LED 器件的开发。蓝光LED 在光控测和信息的高密度光存储等领域具有广阔的应用前景。目前Nichia 公司在GaN 蓝光LED 领域居世界领先地位，其GaN 蓝光LED 室温下2mW 连续工作的寿命突破10000小时。HP 公司以蓝宝石为衬底，研制成功光脊波导折射率导引GaInN/AlGaN多量子阱蓝光LED.cree 公式和Fujitsu 公司采用SiC 作为衬底材料，开发Ⅲ 族氮化物蓝光LED ，CreeResearch 公司首家报道了SiC 上制作的CWRT 蓝光激光器。富士通继Nichia ，CreeResearch 和索尼等公司之后，宣布研制成了InGaN 蓝光激光器，该激光器可在室温下CW 应用，其结构是在SiC 衬底上生长的，并且采用了垂直传导结构（P 型和n 型接触分别制作在晶片的顶面和背面），这是首次报道的垂直器件结构的CW 蓝光激光器。
在探测器方面，已研制出GaN 紫外探测器，波长为369nm ，其响应速度与Si 探测器不相上下。但这方面的研究还处于起步阶段。GaN 探测器将在火焰探测、导弹预警等方面有重要应用。
四、GaN 的优缺点
因为GaN 是宽禁带半导体，极性太大，则较难以通过高掺杂来获得较好的金属-半导体的欧姆接触，这是GaN 器件制造中的一个难题，故GaN 器件性能的好坏往往与欧姆接触的制作结果有关。现在比较好的一种解决办法就是采用异质结，首先让禁带宽度逐渐过渡到较小一些，然后再采用高掺杂来实现欧姆接触，但这种工艺较复杂。总之，欧姆接触是GaN 器件制造中需要很好解决的一个主要问题。
4.1GaN 材料的缺点
一方面，在理论上由于其能带结构的关系，其中载流子的有效质量较大，输运性质较差，则低电场迁移率低，高频性能差。另一方面，现在用异质外延（以蓝宝石和SiC 作为衬底）技术生长出的GaN 单晶，还不太令人满意（这有碍于GaN 器件的发展），例如位错密度达到了108~1010/cm2（虽然蓝宝石和SiC 与GaN 的晶体结构相似，但仍然有比较大的晶格失配和热失配）；未掺杂GaN 的室温背景载流子（电子）浓度高达1017cm-3（可能与N 空位、替位式Si 、替位式O 等有关），并呈现出n 型导电；虽然容易实现n 型掺杂（掺Si 可得到电子浓度1015~1020/cm3、室温迁移率>300 cm2/ V.s 的n 型GaN ），但p 型掺杂水平太低（主要是掺Mg ），所得空穴浓度只有1017~1018/cm3，迁移率
4.2GaN 材料的优点
①禁带宽度大（3.4eV ），热导率高（1.3W/cm-K），则工作温度高，击穿电压高，抗辐射能力强；
②导带底在Γ点，而且与导带的其他能谷之间能量差大，则不易产生谷间散射，从而能得到很高的强场漂移速度（电子漂移速度不易饱和）；
③GaN 易与AlN 、InN 等构成混晶，能制成各种异质结构，已经得到了低温下迁移率达到105cm 2/Vs的2-DEG （因为2-DEG 面密度较高，有效地屏蔽了光学声子散射、电离杂质散射和压电散射等因素）； ④晶格对称性比较低（为六方纤锌矿结构或四方亚稳的闪锌矿结构），具有很强的压电性（非中心对称所致）和铁电性（沿六方c 轴自发极化）：在异质结界面附近产生很强的压电极化（极化电场达2MV/cm）和自发极化（极化电场达3MV/cm），感生出极高密度的界面电荷，强烈调制了异质结的能带结构，加强了对2-DEG 的二维空间限制，从而提高了2-DEG 的面密度（在AlGaN/GaN异质结中可达到1013/cm2，这比AlGaAs/GaAs异质结中的高一个数量级），这对器件工作很有意义。
总之，从整体来看，GaN 的优点弥补了其缺点，特别是通过异质结的作用，其有效输运性能并不亚于GaAs ，而制作微波功率器件的效果（微波输出功率密度上）还往往要远优于现有的一切半导体材料。 五、总结
在GaN 基三族氮化物材料研究上的成就是非常鼓舞人心的。在光电子器件突破的同时，GaN 高温半导体电子器件也相继大力开发。但由于大块体单晶生长没有解决，导致许多GaN 物理特性的解释不成熟，制约了器件研究的进一步发展。
就目前来讲，一些基础性的研究工作，如GaN 的能带结构、膜层生长动力学、表面形貌与表面再构、电子输运特性、杂质掺杂控制、杂质缺陷机理及相互作用等，虽然取得了良好进展，但仍需进一步的加强研究。而且现在已经到了花大力气解决GaN 体单晶材料生长的时候了。
总之，具有不同色彩和极窄带宽的高亮度LEDs 、具有长寿命的蓝光LDs 、光电导uv 探测器也已发展和商业化，与传统的探测器相比，这些探测器显示出更高的响应特性，且具有更好调整的截止波长；GaN 基MESFET 、HBT 和MODFET(HEMT)等器件已被成功制备出，高频MISFET 器件已被制成并且一种电子级的AIN/Si界面已被证实可行，这表明了三族氮化物和硅复合集成的可行性。尽管还有诸多问题和工艺技术有待解决，但GaN 基材料和器件在光电子和微电子技术领域应用的日益广泛，将会是毫无疑问的事情。、 六、参考文献
1、潘孝军，张振兴等，《测设制备非晶氮化镓薄膜的光学性能》，半导体学报，2007年第22卷第4期；
2、蒋荣华，肖顺珍等，《GaN 基材料的特性及光电器件的应用》，世界有色金属，2003年2：35-39；
3、梁春广等，《GaN ——第三代半导体的曙光》，半导体学报，1999 年第20卷第2期；
4、焦刚等《AlGaN/GaN异质结构欧姆接触的研制》固体电子学研究与进展2004年第24卷第1期；
5、童寒轩，胡慧明，《氮化镓的合成制备及前景分析》，辽宁化工2011年第40卷第11期。
七、异质结小组分工及时间安排 题目：GaN ——第三代半导体的新势力 具体分工：
1、 查找资料：（负责人：刘 敏、李秋虹） 2、 PPT 制作：（负责人：马丹丹）
3、 论文撰写：（负责人：刘 敏、李秋虹）
时间安排：
异质结原理与器件小论文 题目：
队长：刘
成员：马丹丹
（小组） GaN ——第三代半导体的新势力 敏 物理1001 光信1001
李秋虹 光信1002
目录
选题背景 ………………………………………………………………3
一、GaN 材料的发展概述……………………………………………4
二、 GaN 材料的特性…………………………………………………4
2.1化学特性…………………………………………………………6
2.2结构特性…………………………………………………………6
2.3电学特性…………………………………………………………7
2.4光学特性…………………………………………………………7
三、GaN 材料的应用…………………………………………………8
3.1新型电子器件……………………………………………………8
3.2光电器件…………………………………………………………8
四、GaN 的优缺点………………………………………………………10
4.1GaN 材料的缺点…………………………………………………10
4.2GaN 材料的优点…………………………………………………11
五、总结…………………………………………………………12
六、参考文献…………………………………………………………13
七、异质结小组分工及时间安排………………………………………13
GaN ——第三代半导体的新势力
选题背景：自20世纪60年代，发光二极管(Light Emitting Diode ，LED) 的发展非常迅速，它具有体积小、耐冲击、寿命长、可靠度高与低电压低电流操作等优良的特性，适用于在各种环境的使用，而且符合未来环保节能的社会发展趋势。初期的以砷化镓(GaAs)、铝铟磷镓(AIGalnP)材料为基础之发光二极管，实现了红光至黄绿光波段的电激发光。GaN 材料的研究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。
关键词：氮化镓 半导体材料 特性 应用
一、 GaN 材料的发展概述
GaN 是由Johnson 等人于1928年合成的一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，由于晶体获得的困难，所以对它的研究未得到很好的进展。在60年代，用Ⅲ-Ⅴ族化合物材料GaAs 制成激光器之后，才又对GaN 的研究产生兴趣。1969年，Maruska 和Tietjen 成功制备出了单晶GaN 晶体薄膜，给这种材料带来了新的希望。但在此后很长时期内，GaN 材料由于受到没有合适的衬底材料、n 型本底浓度太高和无法实现p 型掺杂等问题的困扰，进展十分缓慢。进入90年代以来，由于缓冲层技术的采用和p 型掺杂技术的突破，对GaN 的研究热潮在全世界蓬勃发展起来，并且取得了辉煌的成绩。
二、GaN 材料的特性
Ⅲ族氮化物，主要包括GaN 、AN 、InN （Eg
GaN 是Ⅲ族氮化物中的基本材料，也是目前研究最多的Ⅲ族氮化物材料。GaN 材料硬度高，化学性质非常稳定。GaN 的电学性质是决定器件性能的主要因素，电子室温迁移率目前可以达到900㎝2/（V •s ）。在蓝宝石衬底上生长的未参杂的GaN 样品存在较高（>1018/cm3）的n 型本底载流子浓度，现较好的GaN 样品的n 型本底载流子浓度可以降到1016/cm3左右。由于n 型本底载流子浓度较高，制备p 型GaN 样品的技术难题曾一度限制了GaN 器件的发展。随着技术的发展，目
前已经可以制备载流子浓度在1011~1020/ cm3的p 型GaN 材料。
在GaN 材料体系中，GaInN 的使用最为广泛，这是因为GaInN 为直接带隙材料，通过改变In 组分，可以调整发光波长，发光范围基本可以覆盖整个可见光光谱，另外GaInN 的电子迁移率较高，适合制作高频电子器件，但在In 组分较大时，GaInN 同GaN 或AN 的晶格失配较大，材料生长较为困难。
接下来我们将详细阐述GaN 材料的基本特性。
2.1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。GaN 具有高的电离度，在Ⅲ-Ⅴ族化合物中是最高的（0.43或0.5）。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。
2.2结构特性
下表列出了GaN 纤锌矿和闪锌矿结构的重要物理参数。
在很高压强下，GaN 、AN 、InN 能生成岩盐结构。纤锌矿结构是
六方柱体原胞，因此有2个晶格常数a 和c 。纤锌矿结构由各自包含一种原子的两个密排六方晶格，沿c 轴方向相对位移3c/8套构而成。闪锌矿结构由包含4个Ⅲ族原子和4个Ⅴ族原子的立方原胞构成，它是由两个面心立方晶体，沿对角线方向相对位移3a/4套构而成的。闪锌矿结构和纤锌矿结构从电子结构上看是相关的，两种结构的主要差别在于密排原子表面的堆积顺序不同，闪锌矿结构晶格原子的堆叠是…ABCABCABC …, 而纤锌矿的堆叠顺序是…ABABAB …。
2.3电学特性
GaN 的电学特性是影响器件的主要因素。未掺杂的GaN 在各种情况下都呈n 型, 最好的样品的电子浓度约为4×1016/cm3。一般情况下所制备的P 型样品，都是高补偿的。
GaN 最高迁移率数据在室温和液氮温度下分别为μn=600cm2/v•s 和μn= 1500cm2/v•s ，相应的载流子浓度为n=4×1016/cm3和n=8×1015/cm3。近年报道的MOCVD 沉积GaN 层的电子浓度数值为4 ×1016/cm3、
未掺杂载流子浓度可控制在1014～1020/cm3范围。另外，通过P 型掺杂工艺和Mg 的低能电子束辐照或热退火处理，已能将掺杂浓度控制在1011～1020/cm3范围。
2．4光学特性
人们关注的GaN 的特性，旨在它在蓝光和紫光发射器件上的应用。氮化镓晶体管是直接带隙半导体材料, 在室温下有很宽的带隙
(3.39eV)。它在光电子器件如蓝光、紫外、紫光等光发射二极管和激光二极管方面有着重要的应用。作为第三代半导体材料的代表，氮化镓（GaN ）基材料可制成高效蓝、绿光发光二极管和激光二极管LD （又称激光器），并可延伸到白光，将替代人类沿用至今的照明系统。氮化镓（GaN ）基材料奠定了解决白色发光二极管的基础，并且氮化镓蓝光LED 相关材料及器件广泛应用于全色大屏幕显示器，高亮度LED 交通信号和指针灯，以氮化镓为基础的高亮度半导体LED 具有体积小、寿命长、功耗低等优点，并向着高亮度、全彩色、大型化方向发展。
三、GaN 材料的应用
3.1新型电子器件
GaN 材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前，随着 MBE技术在GaN 材料应用中的进展和关键薄膜生长技术的突破，成功地生长出了
GaN 多种异质结构。用GaN 材料制备出了金属场效应晶体管（MESFET ）、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管（MODFET ）等新型器件。调制掺杂的AlGaN/GaN结构具有高的电子迁移率(2000cm2/v•s) 、高的饱和速度(1×107cm/s)、较低的介电常数，是制作微波器件的优先材料；GaN 较宽的禁带宽度(3.4eV) 及蓝宝石等材料作衬底，散热性能好，有利于器件在大功率条件下工作。
3.2光电器件
GaN材料系列是一种理想的短波长发光器件材料，在前面提及的GaN 材料的特性描述中我们知道GaN 及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。自从1991年日本研制出同质结GaN 蓝色 LED之后，InGaN/AlGaN双异质结超亮度蓝色LED 、InGaN 单量子阱GaNLED 相继问世。目前，Zcd 和6cd 单量子阱GaN 蓝色和绿色 LED已进入大批量生产阶段，从而填补了市场上蓝色LED 多年的空白。蓝色发光器件在高密度光盘的信息存取、全光显示、激光打印机等领域有着巨大的应用市场。随着对Ⅲ族氮化物材料和器件研究与开发工作的不断深入，GaInN 超高度蓝光、绿光LED 技术已经实现商品化，现在世界各大公司和研究机构都纷纷投入巨资加入到开发蓝光LED 的竞争行列。 1993年，Nichia 公司首先研制成发光亮度超过lcd 的高亮度GaInN/AlGaN异质结蓝光LED ，使用掺Zn 的GaInN 作为有源层，外量子效率达到2.7%,峰值波长450nm, 并实现产品的商品化。1995年，该公司又推出了光输出功率为2.0mW ，亮度为6cd 商品化GaN 绿光 LED产品，其峰值波长为525nm ，半峰宽为40nm 。最近，该公司利用其蓝
光LED 和磷光技术，又推出了白光固体发光器件产品，其色温为6500K ，效率达7.5流明/W。除Nichia 公司以外，HP 、Cree 等公司相继推出了各自的高亮度蓝光LED 产品。高亮度LED 的市场已从1998年的 3.86亿美元跃升为2003年的10亿美元。高亮度LED 的应用主要包括汽车照明，交通信号和室外路标，平板金色显示，高密度DVD 存储，蓝绿光对潜通信等。
在成功开发Ⅲ族氮化物蓝光LED 之后，研究的重点开始转向Ⅲ族氮化物蓝光LED 器件的开发。蓝光LED 在光控测和信息的高密度光存储等领域具有广阔的应用前景。目前Nichia 公司在GaN 蓝光LED 领域居世界领先地位，其GaN 蓝光LED 室温下2mW 连续工作的寿命突破10000小时。HP 公司以蓝宝石为衬底，研制成功光脊波导折射率导引GaInN/AlGaN多量子阱蓝光LED.cree 公式和Fujitsu 公司采用SiC 作为衬底材料，开发Ⅲ 族氮化物蓝光LED ，CreeResearch 公司首家报道了SiC 上制作的CWRT 蓝光激光器。富士通继Nichia ，CreeResearch 和索尼等公司之后，宣布研制成了InGaN 蓝光激光器，该激光器可在室温下CW 应用，其结构是在SiC 衬底上生长的，并且采用了垂直传导结构（P 型和n 型接触分别制作在晶片的顶面和背面），这是首次报道的垂直器件结构的CW 蓝光激光器。
在探测器方面，已研制出GaN 紫外探测器，波长为369nm ，其响应速度与Si 探测器不相上下。但这方面的研究还处于起步阶段。GaN 探测器将在火焰探测、导弹预警等方面有重要应用。
四、GaN 的优缺点
因为GaN 是宽禁带半导体，极性太大，则较难以通过高掺杂来获得较好的金属-半导体的欧姆接触，这是GaN 器件制造中的一个难题，故GaN 器件性能的好坏往往与欧姆接触的制作结果有关。现在比较好的一种解决办法就是采用异质结，首先让禁带宽度逐渐过渡到较小一些，然后再采用高掺杂来实现欧姆接触，但这种工艺较复杂。总之，欧姆接触是GaN 器件制造中需要很好解决的一个主要问题。
4.1GaN 材料的缺点
一方面，在理论上由于其能带结构的关系，其中载流子的有效质量较大，输运性质较差，则低电场迁移率低，高频性能差。另一方面，现在用异质外延（以蓝宝石和SiC 作为衬底）技术生长出的GaN 单晶，还不太令人满意（这有碍于GaN 器件的发展），例如位错密度达到了108~1010/cm2（虽然蓝宝石和SiC 与GaN 的晶体结构相似，但仍然有比较大的晶格失配和热失配）；未掺杂GaN 的室温背景载流子（电子）浓度高达1017cm-3（可能与N 空位、替位式Si 、替位式O 等有关），并呈现出n 型导电；虽然容易实现n 型掺杂（掺Si 可得到电子浓度1015~1020/cm3、室温迁移率>300 cm2/ V.s 的n 型GaN ），但p 型掺杂水平太低（主要是掺Mg ），所得空穴浓度只有1017~1018/cm3，迁移率
4.2GaN 材料的优点
①禁带宽度大（3.4eV ），热导率高（1.3W/cm-K），则工作温度高，击穿电压高，抗辐射能力强；
②导带底在Γ点，而且与导带的其他能谷之间能量差大，则不易产生谷间散射，从而能得到很高的强场漂移速度（电子漂移速度不易饱和）；
③GaN 易与AlN 、InN 等构成混晶，能制成各种异质结构，已经得到了低温下迁移率达到105cm 2/Vs的2-DEG （因为2-DEG 面密度较高，有效地屏蔽了光学声子散射、电离杂质散射和压电散射等因素）； ④晶格对称性比较低（为六方纤锌矿结构或四方亚稳的闪锌矿结构），具有很强的压电性（非中心对称所致）和铁电性（沿六方c 轴自发极化）：在异质结界面附近产生很强的压电极化（极化电场达2MV/cm）和自发极化（极化电场达3MV/cm），感生出极高密度的界面电荷，强烈调制了异质结的能带结构，加强了对2-DEG 的二维空间限制，从而提高了2-DEG 的面密度（在AlGaN/GaN异质结中可达到1013/cm2，这比AlGaAs/GaAs异质结中的高一个数量级），这对器件工作很有意义。
总之，从整体来看，GaN 的优点弥补了其缺点，特别是通过异质结的作用，其有效输运性能并不亚于GaAs ，而制作微波功率器件的效果（微波输出功率密度上）还往往要远优于现有的一切半导体材料。 五、总结
在GaN 基三族氮化物材料研究上的成就是非常鼓舞人心的。在光电子器件突破的同时，GaN 高温半导体电子器件也相继大力开发。但由于大块体单晶生长没有解决，导致许多GaN 物理特性的解释不成熟，制约了器件研究的进一步发展。
就目前来讲，一些基础性的研究工作，如GaN 的能带结构、膜层生长动力学、表面形貌与表面再构、电子输运特性、杂质掺杂控制、杂质缺陷机理及相互作用等，虽然取得了良好进展，但仍需进一步的加强研究。而且现在已经到了花大力气解决GaN 体单晶材料生长的时候了。
总之，具有不同色彩和极窄带宽的高亮度LEDs 、具有长寿命的蓝光LDs 、光电导uv 探测器也已发展和商业化，与传统的探测器相比，这些探测器显示出更高的响应特性，且具有更好调整的截止波长；GaN 基MESFET 、HBT 和MODFET(HEMT)等器件已被成功制备出，高频MISFET 器件已被制成并且一种电子级的AIN/Si界面已被证实可行，这表明了三族氮化物和硅复合集成的可行性。尽管还有诸多问题和工艺技术有待解决，但GaN 基材料和器件在光电子和微电子技术领域应用的日益广泛，将会是毫无疑问的事情。、 六、参考文献
1、潘孝军，张振兴等，《测设制备非晶氮化镓薄膜的光学性能》，半导体学报，2007年第22卷第4期；
2、蒋荣华，肖顺珍等，《GaN 基材料的特性及光电器件的应用》，世界有色金属，2003年2：35-39；
3、梁春广等，《GaN ——第三代半导体的曙光》，半导体学报，1999 年第20卷第2期；
4、焦刚等《AlGaN/GaN异质结构欧姆接触的研制》固体电子学研究与进展2004年第24卷第1期；
5、童寒轩，胡慧明，《氮化镓的合成制备及前景分析》，辽宁化工2011年第40卷第11期。
七、异质结小组分工及时间安排 题目：GaN ——第三代半导体的新势力 具体分工：
1、 查找资料：（负责人：刘 敏、李秋虹） 2、 PPT 制作：（负责人：马丹丹）
3、 论文撰写：（负责人：刘 敏、李秋虹）
时间安排：