量子阱的应用
半导体材料中的量子阱技术研究
半导体材料中的量子阱技术研究量子阱技术是一项重要的半导体研究领域，它在电子学和光电学方面的应用十分广泛。
量子阱技术的主要思想是利用半导体材料的电子能级结构，在一个二维的空间中形成一个量子阱，从而利用量子效应来改善半导体元件的电学和光学性能。
本文将介绍半导体材料中的量子阱技术研究的基本原理，以及在不同领域中的应用。
一、量子阱技术的基本原理量子阱技术最关键的部分是量子阱的形成。
它通常利用两种不同能带的半导体材料，比如硒化镉和锌硒化镉，或者砷化镓和铝砷化镓等。
这些材料之间存在着很大的晶格不匹配，使得它们在堆叠时形成一个二维空间。
在这个空间中，电子的运动将受到强烈的限制，因此它们的能级结构将与体材料不同。
具体来说，如果将体材料所对应的三维空间称作量子阱的壳层，那么在这个壳层中的电子将被限制在两个维度上，每个维度的运动将采取离散的能量取值。
这些能量被称作量子态。
量子阱内能够产生的电子和空穴的量子态是离散的，带有能量的阶梯状能态分布，近似于连续的谱带。
这些态之间的距离十分接近，因此使它们之间的电子跃迁变得容易。
由于电子简并态数目有限，因此电子在这样的结构中具有良好的约束性和选通性，因此能够得到改进的电学和光学性能。
二、应用领域1、光电子设备量子阱技术在光电子设备中应用最广，被广泛应用于半导体激光器、探测器、太赫兹器件、等离子体激光和LED等领域。
在半导体激光器中，量子阱允许电子和空穴发生更多的跃迁，并且跃迁的能量比体材料更稳定。
这样可以在激光发射时获得更窄的频率谱。
在探测器中，量子阱通过增加信噪比和响应速度来提高灵敏度。
在等离子体激光器中，量子阱材料具有更高的吸收能力和低于平均窄的峰值发射能量。
在美国飞机和导弹的被动红外检测器和定位系统中，量子阱探测器被广泛应用。
2、电子学器件量子阱技术在电子学器件中也有许多应用。
在场效应晶体管中，量子阱具有高的晶格一致性和低的摩擦电阻，因此可以用作管道而不断地去做成细的亚微米尺寸的器件。
半导体技术中的量子阱技术
半导体技术中的量子阱技术随着信息技术的快速发展，半导体材料作为电子学领域的重要组成部分，也在不断地创新和完善。
其中，量子阱技术的出现，为半导体材料的性能提升和新应用的开发提供了新的可能。
一、量子阱技术的原理量子阱（quantum well）是指在两种不同材料之间形成的一种具有周期性势能的结构，在其中的电子表现出一些奇特的性质。
其原理可简单理解为，其“势垒”与“势峰”之间的能量差约为电子热运动时的能量，而电子在势峰处被限制在一个非常小的区域内，即量子点，形成了类似于能级的状态；这种状态又与周围材料的能带相接口，因此电子行为发生变化。
二、量子阱技术的优势相对于其他半导体材料，量子阱技术具有以下优势：1. 调节电子状态：量子阱在不同材料组合下，能够调节电子的状态，改变其带隙大小，从而改变半导体材料在不同波段的光学响应。
2. 减小电子束缚：与传统的材料不同，量子阱内的电子状态可以更容易地在纵向方向移动，有助于提高载流子的迁移率，减小电子束缚。
3. 更高的稳定性：量子阱技术制备的半导体材料具有更高的稳定性，能够在更长时间内保持特定的性能。
三、量子阱技术的应用随着量子阱技术的不断完善，其在以下领域中有着广泛的应用前景：1. 光电器件制造：量子阱技术可用于制备高效、小型化的光电器件，如激光器、LED等，为信息技术领域提供了更多可能。
2. 太阳能电池：利用量子阱技术制备的太阳能电池，可以提高其性能和效率，降低材料的成本和制备难度。
3. 生物医学：利用半导体材料制备的量子点和量子线，可用于生物医学成像技术中，实现高分辨率、低辐射的成像。
四、量子阱技术的研究进展目前，科学家们正在以各种方式继续研究量子阱技术的优势和应用。
例如：1. 使用先进的制备技术，如分子束外延、金属有机化学气相沉积等，制备更高质量、更精细的量子阱材料。
2. 引入新的导电材料、光学材料和化学键合技术，进一步优化量子阱结构和性能。
3. 应用量子场理论、量子力学等理论，实现量子阱结构的理论模拟和模拟计算，为精准设计和优化提供更多思路。
多量子阱的作用
多量子阱的作用多量子阱是一种特殊的半导体结构，由多个狭缝状势垒分隔而成，每个势垒中含有一个或多个原子尺寸的量子阱。
多量子阱的引入在半导体器件中起到了重要的作用，本文将从多量子阱的物理特性、应用以及未来发展等方面进行探讨。
多量子阱的物理特性主要源于其特殊的势能分布。
在势垒中形成的量子阱可以限制电子和空穴在三个空间维度上的运动，从而形成二维电子气。
这种限制使得电子和空穴的能级变得离散化，只能取到特定的能量值，形成能带结构。
这种能带结构的离散化特性使得多量子阱在光电子器件中具有独特的优势。
多量子阱的应用十分广泛。
其中最重要的应用之一是激光器。
多量子阱激光器通过在量子阱中注入载流子，使得载流子在多量子阱中发生跃迁，产生光子放大和受激辐射，从而实现激光的输出。
与传统的激光器相比，多量子阱激光器具有更低的阈值电流、更高的发光效率和更宽的波长调谐范围。
这使得多量子阱激光器在通信、医疗、材料加工等领域得到了广泛应用。
多量子阱也被应用于太阳能电池和光电探测器等光电子器件中。
通过在多量子阱中选择合适的材料和尺寸，可以调控器件的光谱响应范围和光电转换效率。
多量子阱结构的引入可以增加光电子器件的效率，并且可以实现宽波段的光谱响应，从而扩展了器件的应用范围。
在未来的发展中，多量子阱将继续发挥重要作用。
一方面，随着纳米技术的发展，人们可以制备出更加精细的多量子阱结构，进一步调控器件的性能。
例如，可以通过控制量子阱的尺寸和形状来调节电子和空穴的限制效果，实现更高效的载流子传输和更低的载流子损失。
另一方面，多量子阱也可以与其他纳米材料结合，形成复合结构，进一步拓展器件的功能。
例如，与纳米线或二维材料结合，可以实现更高的光电子转换效率和更快的响应速度。
多量子阱作为一种特殊的半导体结构，在光电子器件中具有重要作用。
通过调控多量子阱的结构和材料，可以实现更高效、更宽波段的光电转换。
随着纳米技术的发展和多量子阱与其他纳米材料的结合，多量子阱在未来的应用前景将更加广阔。
量子阱材料的原理与应用
量子阱材料的原理与应用1. 引言量子力学是描述微观世界行为的理论框架，而量子阱材料则是基于量子力学原理设计和制备的一种特殊材料。
量子阱材料具有特殊的能带结构和限制粒子运动的特性，使其在光电子器件、半导体激光器、光电传感器等领域具有重要应用。
本文将探讨量子阱材料的原理和应用。
2. 量子阱材料的原理量子阱材料的原理基于量子力学的波粒二象性和能带理论。
在晶体结构中，量子阱材料是通过在晶体结构中引入不同能级的禁带，从而形成一维结构，限制了电子和空穴在垂直方向上的运动。
具体来说，量子阱材料通常是由两种不同禁带宽度的材料构成，其中夹在中间的材料禁带宽度较窄。
量子阱材料的原理可以通过能带图来解释。
在晶体结构中，离散的能带能量分布决定了材料的导电性和光学性质。
对于量子阱材料而言，由于夹在中间的材料禁带宽度较窄，形成了一种“阱”的结构，限制了电子和空穴在垂直方向的能量。
3. 量子阱材料的应用3.1 光电子器件量子阱材料在光电子器件中的应用广泛。
由于量子阱材料的特殊结构，能带宽度的限制使得材料在光电转换中具有较高的效率。
例如，光电二极管和太阳能电池中的量子阱材料可以提高能量转换效率。
此外，量子阱材料还可用于制备高亮度发光二极管和激光二极管，应用于显示和光通信领域。
3.2 半导体激光器半导体激光器是利用正向偏压下的电流注入来产生激光辐射的器件。
量子阱材料的能带结构使得电子和空穴在垂直方向只能存在于特定的能级。
这种限制使得激光器在选择光子能量和频率时更加精确。
量子阱材料的应用使得激光器具有较低的阈值电流，高温稳定性和窄谱线宽等优点。
3.3 光电传感器量子阱材料在光电传感器中的应用也十分重要。
光电传感器是将光信号转换为电信号的器件。
量子阱材料的特殊能带结构和能带宽度调控的优势，使得光电传感器具有高灵敏度、快速响应和较低的功耗。
这使得光电传感器在光通信、光纤传感和生物医学等领域有广泛应用。
4. 总结量子阱材料是基于量子力学原理设计和制备的一种特殊材料，具有特殊的能带结构和限制粒子运动的特性。
多量子阱的作用
多量子阱的作用多量子阱是一种用于制造半导体器件的重要结构，具有广泛的应用前景。
本文将从多量子阱的概念、制备方法、物理特性以及应用等方面进行介绍。
一、多量子阱的概念多量子阱是指一种由两种或多种材料交替排列形成的薄膜结构。
其中，每一层材料的厚度约为几纳米到几十纳米，远小于光波长。
多量子阱的形成使得电子和空穴被限制在特定的空间范围内，形成三维量子限制结构。
二、多量子阱的制备方法多量子阱的制备方法主要包括分子束外延、金属有机化学气相沉积和金属有机化学液相沉积等。
其中，分子束外延是最常用的方法之一。
该方法通过在真空环境下，将材料分子逐层沉积在衬底上，形成多层薄膜结构。
三、多量子阱的物理特性多量子阱的物理特性主要包括能带结构、量子限制效应和激子效应等。
由于多量子阱中的电子和空穴受到空间限制，其能带结构发生了变化，导致能带间隙变宽。
同时，多量子阱中的载流子受到量子限制效应的限制，使得其运动受到限制，具有较长的寿命。
此外，多量子阱中的载流子可以形成激子，增强了光与物质的相互作用。
四、多量子阱的应用多量子阱具有许多优良的物理特性，因此在各种器件中得到了广泛的应用。
其中，最典型的应用是在激光器中。
多量子阱激光器由于其能带结构的特殊性，可以实现高效的电-光转换，具有较低的阈值电流和较高的发光效率。
此外，多量子阱也用于太阳能电池、光电探测器、光调制器等光电器件中，以提高器件性能。
除了光电器件，多量子阱还被广泛应用于传感器领域。
由于多量子阱中载流子的寿命较长，因此可以用于制造高灵敏度的传感器。
例如，利用多量子阱制备的红外探测器可以实现对红外光的高灵敏度检测，广泛应用于军事、安防和医疗等领域。
多量子阱还可以用于制备高效的电子器件。
例如，利用多量子阱制备的高速场效应晶体管可以实现高速信号放大和开关，广泛应用于通信和计算机领域。
同时，多量子阱也可以用于制备高效的太阳能电池，提高光电转换效率。
总结：多量子阱作为一种重要的半导体器件结构，具有许多优异的物理特性和广泛的应用前景。
量子材料在光电器件中的应用指南
量子材料在光电器件中的应用指南要想理解量子材料在光电器件中的应用，首先需要了解什么是量子材料。
量子材料是指在纳米尺度下具有特殊电学、磁学和光学特性的材料。
由于其极小的尺度和量子效应的影响，量子材料在光电器件领域展现出了许多独特的应用前景。
一、量子点量子点是一种具有量子效应的半导体纳米材料，具有独特的光学性质。
将量子点作为发光材料应用在光电器件中，可以实现高亮度和高对比度的显示屏。
此外，量子点也可用于生物成像和荧光探针等领域。
量子点发光的波长可以通过材料的尺寸调控，这使得它们在多种应用中都具有潜力。
二、石墨烯石墨烯是一种单层碳原子构成的二维材料，具有出色的导电性、光学透明性和机械强度。
在光电器件中，石墨烯可用作透明电极材料，用于液晶显示器和有机发光二极管等器件。
石墨烯的高载流子迁移率、宽波长吸收和高饱和吸收使得它在光调制和光探测器中的应用非常有前景。
三、量子阱结构量子阱是由不同带隙能量的半导体材料组成的结构。
通过调控量子阱的厚度和组分，可以实现光的准直传输和增强。
这使得量子阱在激光器和太阳能电池等器件中广泛应用。
此外，量子阱结构还可以用于高速光通信和光探测器等领域。
四、拓扑绝缘体拓扑绝缘体是一类新兴的材料，具有带隙内存在有特殊电子态的特性。
这些特殊电子态具有与常规材料不同的性质，例如自旋-轨道耦合和边界态。
拓扑绝缘体在光电器件中的应用主要集中在光传输和量子计算领域。
它们可以用于生成高效的光电转换和实现量子比特操作。
五、量子级谷物指引量子级谷物指引是一种基于谷物结构的量子材料。
它们具有不同的价带和导带波矢空间分布，通过调节外加电场或磁场，可以调控谷物的能带结构。
量子级谷物指引在光电器件中的应用潜力巨大，例如用作高性能激光器和光探测器的材料。
六、量子井结构量子井结构是由奥朗德势阱（Orlande potential well）构成的纳米结构，具有特殊的电子能级分布。
量子井结构在光电器件中的应用主要体现在激光器和太阳能电池等领域。
量子阱材料的原理及应用
量子阱材料的原理及应用1. 什么是量子阱材料量子阱材料是一种专门设计用于限制和控制粒子运动的材料。
它通常由多个介质层组成，其中夹层有较小的能隙，形成一个被限制在其中运动的“阱”。
量子阱材料可以控制粒子的运动，使其只能在特定的方向或区域运动。
这种限制和控制的特性使得量子阱材料在许多领域中都具有重要的应用价值。
2. 量子阱材料的工作原理量子阱材料的工作原理基于量子力学中的量子效应。
根据量子力学的原理，粒子的行为在纳米尺度下将显示出一些奇特的特性。
量子阱材料利用这些特性来限制和控制粒子的运动。
当粒子被限制在量子阱材料的夹层之间时，夹层的尺寸通常为纳米尺度。
在这种尺寸下，波长与夹层尺寸之间的量子效应开始显现。
夹层的尺寸控制着波函数的形状，从而限制了粒子的运动。
这意味着粒子只能在限定的范围内运动，无法穿透夹层。
此外，量子阱材料还可以通过改变夹层的形状和厚度来影响粒子的能级。
通过调整夹层的结构，可以产生差异化的能级间隔和能带图案。
这种能带图案的调控使得粒子在量子阱材料中的行为更加复杂和多样化。
3. 量子阱材料的应用3.1 量子阱激光器量子阱材料在激光器领域有着广泛的应用。
由于量子阱材料可以限制和控制电子的运动，使得激光器的输出具有更高的功率和更窄的光谱宽度。
这些特性使得量子阱激光器在通信、光存储和医疗等领域中得到了广泛的应用。
3.2 传感器量子阱材料还可以作为传感器的关键部件。
当外部环境中存在特定的目标分子时，这些目标分子与量子阱材料发生相互作用。
这种相互作用会导致量子阱材料的能带结构发生变化，从而产生电流或光信号。
通过测量这些信号的变化，可以检测和测量目标分子的存在和浓度。
3.3 光电二极管量子阱材料也广泛应用于光电二极管的制造中。
光电二极管利用量子阱材料中特殊的能带结构，使得电子和空穴可以在材料内部迅速重组并产生光子。
这种光子的产生使光电二极管具有高效的光电转换效率和快速的响应速度，适用于高速通信、光电探测和传感等领域。
量子阱的原理及应用
量子阱的原理及应用1. 什么是量子阱？量子阱是一种半导体结构，它能够在三维空间中限制电子和空穴的运动。
具体来说，它通过在两个高能障垒中夹杂一个较低能障垒，形成一个能级阱，用于限制电子和空穴的运动。
量子阱通常是由不同禁带宽度的半导体材料组成的。
这种结构使得电子在一个维度上受限，从而限制了它们的能量和动量。
2. 量子阱的原理量子阱的原理可以通过量子力学的基本原理来解释。
根据量子力学的波粒二象性，电子和空穴在量子阱中被限制在一个较小的空间范围内，并且它们的能级是量子化的，也就是离散的。
这个空间范围由高能障垒和低能障垒的宽度决定。
当电子或空穴尺寸接近量子阱的尺寸时，它们只能处于量子态，而无法处于经典的连续态。
3. 量子阱的应用量子阱的限制特性使得它在许多领域有着广泛的应用。
3.1 光电子学量子阱在光电子学中有着重要的应用。
由于电子在量子阱中的能级是量子化的，因此可以通过控制量子阱的结构来调整电子能级的间距。
这样就可以实现电子在不同能级间的跃迁，从而实现光的发射和吸收。
这种特性使得量子阱被应用于激光器、光电探测器等光学器件中。
3.2 量子计算量子阱也在量子计算领域发挥重要作用。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方法，可以在某些任务上比传统计算机更高效。
量子阱的量子特性使得它成为构建量子比特的理想平台之一。
通过在量子阱中控制电子的能级和自旋，可以实现量子比特的初始化、操作和读取，从而构建量子计算机的基本元件。
3.3 光子晶体量子阱还被应用于光子晶体的制备中。
光子晶体是一种具有周期性结构的材料，可以对光的传播进行控制。
量子阱的精确控制能使光子晶体具有特定的光学特性，例如禁带、光子带隙等。
这种特性使得光子晶体在光学通信、光学传感等领域具有广泛的应用前景。
4. 总结量子阱是一种通过限制电子和空穴运动的半导体结构。
它的原理基于量子力学的波粒二象性，通过在空间中形成垒障来限制能量和动量。
量子阱在光电子学、量子计算和光子晶体等领域都有着重要的应用。
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3 量子阱器件的应用
3 . 1 量子阱红外探测器
量子阱红外探测器(QWIP)是20世纪90年代収展起来的高新技术。
与其他红外技术相比,QWIP具有响应速度快、探测率与HgCdTe探测器相近、探测波长可通过量子阱参数加以调节等优点。
而且,利用MBE 和MOCVD等先迚工艺可生长出高品质、大面积和均匀的量子阱材料, 容易做出大面积的探测器阵列。
正因为如此,量子阱光探测器,尤其是红外探测器受到了广泛关注。
QWIP是利用掺杂量子阱的导带中形成的子带间跃迁, 幵将从基态激収到第一激収态的电子通过电场作用
形成光电流这一物理过程,实现对红外辐射的探测。
通过调节阱宽、垒宽以及AlGaAs中Al组分含量等参数, 使量子阱子带输运的激収态
被设计在阱内(束缚态) 、阱外(连续态)或者在势垒的边缘或者稍低于势垒顶(准束缚态),以便满足不同的探测需要,获得最优化的探测灵敏度。
因此,量子阱结构设计又称为“能带工程”是QWIP最关键的一步。
另外,由于探测器只吸收辐射垂直与阱层面的分量,因此光耦合也是QWIP的重要组成部分。
基于QWIP焦平面阵列研制出的成像系统, 已经被广泛地应用于军事、工业、消防等领域,其小型化、便捷化的特点受到了人们的青睐。
(1)军事方面,QWIP在武器精确制导、战场监视与侦察、搜索和自动跟踪、探测地雷等方面都有广泛的应用。
(2)工业方面,QWIP可要用于各种设备的故障检测和产品的质量检测。
例如高压输电线路故障的检测十分困难, 可以利用量子阱红外探测器阵列制成的红外相机,从直升
机上对故障収生的位置迚行准确定位。
产品的无损探伤及质量鉴定可以借助
QWIP,这主要是指金属、非金属材料及其加工部件。
另外,在金属焊接部件的质量鉴定方面,无需对样品迚行解剖和取样,就可以方便地查出
材料或部件内部的缺陷位置
大小和严重程度。
(3)消防方面,视觉受限是火灾中的主
要问题, 不论是森林大火, 还是建筑物起火,浓厚的烟雾阷挡了消防人员的视线,这时可通过红外相机,找到起火点,了解建筑物内的情冴, 及时采取措施, 减小财产损
失, 保障生命安全。
(4)医疗方面,由于人体病变组织的温
度和正常组织的会有所不同,通过QWIP可探测到它们之间的微小差别,这样,可以辅助医护人员了解病人的病变部位、収展情冴和严重程度。
3 . 2 基于量子阱材料的激光器
半导体超薄层微结构材料是基于先迚生长技术(MBE,MOCVD)的新一代人工构造材料, 同时也是新一代固态量子器件的基础材料。
它使得光电子和微电子器件的设计思想从过去的所谓“杂质工程”収展到“能带工程”,同时也促成了“电学和光学特性可剪裁材料”这一新范畴的诞生。
这种材料的一个重要应用是研制新型激光器, 目前, 红、黄、橙光収光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化, 而表面光収射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用
化水平。
传统上在光电子领域占统治地位的有源器件是常规量子阱结构端面収射激光器,但其仍然具有以下弊端,如有源区极薄(约0.01μm)端面光电灾变损伤、大电流电热烧毁和光束质量差。
采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。
我国早以从理论上证明了多有源区带间隧穿级联、光子耦合激光器与中进红外探测器,与通常的量子阱激光器相比,具有更优越的性能,幵从1993年开始了此类新型红外探测器和激光器的实验研究。
1999年初,980nm InGaAs新型激光器输出功率达5W以上,包括量子效率、斜
率效率等均达当时国际最好水平。
近年来,又开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面収射激光器研究, 这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器,在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为兊服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制, 基于能带设计和对半导体微结构子带能级的研究,1994年美国贝尔实验室収明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器(QCLs),突破了半导体能隙对波长的限制,成功地获得3.5～17μm波长可调的红外激光器, 为半导体激光器向中红外波段的収展以及在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器、无线光学连接和红外对抗等应用方面开辟了一个新领域。
3 . 3 量子阱在光通讯方面的应用
光通信是现代通信的主要方式, 光通讯的収展需要宽带宽、高速、大容量的光収射机和光接收机, 这些仪器不仅要求其体积小, 质量高, 同时又要求它成本低, 能够大规模应用,为了达到这些目的,光子集成电路(PIC’S)和光电子集成电路(OEIC’S)被开収出来。
但是,通常光子集成电路和光电子集成电路是采用多次光刻,光栅技术、干湿法腐蚀技术、多次选择外延生长MOCVD或MBE等复杂工艺,从而可能使衔接部位晶体质量欠佳和器件间的耦合效率低下,影响了有源器件性能和可靠性。
近20年来収展了许多选择量子阱无序或称之为量子阱混合(QWI)的新方法,目的在于量子阱一次生长(MOCVD-QW)后,获得在同一外延晶片上横向不同区域具有不同的带隙、光吸收率、光折射率和载流子迁移率, 达到横向光子集成和光电子集成的目的, 这样就避克了多次生长和反复光刻的复杂工艺。
为了迚一步改善量子阱激光器的性能, 人们又在量子阱中引入应变和补偿应变, 出现了应变量子阱激光器和补偿应变量子阱激光器, 应变的引入减小了空穴的有限质量,迚一
步减小了价带间的跃迁,从而使量子阱激光器的阚值电流大为降低,量子效率和振荡频率大大提高, 幵且由于价带间跃迁的减小和俄歇复
台的降低而迚一步改善了稳定特性, 实现了激光器无致冷工作。
__在阱和垒中分别引入不同应变( 张应变/压应变)实现应变补偿,不仅能
改善材料质量,从而提高激光器的寿命,而且可利用压变对应于TE模式,张应变主要对应于TM模式的特性,制作与偏振无关的半导体激光放大器。
基于MOCVD外延技术的量子阱期间的収展初略可分为下面几个阶段:体材料激光器→普通量子阱激光器→应变和补偿应变量子阱激光器→与偏振无关半导体激光放大器→光子及光电器件的集成。
量子阱激光器, 由于它在阈值电流密度、阈值电流温度依赖性、调制速率、偏振特性以及波长可调谐等方面具有的优越特性,因此被誉为一代理想的半导体激光器。
3.4 量子阱结构LED
光显示技术是光电子技术应用范围最广,同时也是市场化程度最高的一个领域,半导体収光二极管(LED)作为光显示技术中最活跃的分支, 其代表性产品超高亮度蓝／绿光LED已经实现了商品化。
与白炽灯相比,高亮度蓝光LED估计可节能80%而且寿命呈几个数量级的增长,
这为白光灯带来了革命,也因此被称之为“新世纪的光源”,而目前的主要工作在于降低成本。
由于蓝光LED的市场潜力极大,许多大公司和研究机构都纷纷加入到开収I 族氮化物蓝光LD的行列之中。
典型的如HP公司以蓝宝石为衬底, 业已研制成功脊波导折射率导引的GalnN/A1GaN多量子阱蓝光LD,其脉冲功率达到80mW,但寿命只有几个小时。
SDL公司在1998年初宣布研制成功GaN蓝光LD,该器件采用蓝宝石作为衬底材料, 增益导引, 脉冲工作, 典型的阈值电流密度为8.5 ～12kA/cm,峰值波长为395～408nm,其输出功率与Nichia公司的最
好水平相当,达到每面150mW。
Fujitsu公司和Cree公司则采用SiC作
为衬底材料, 开収Ⅲ族氮化物蓝光LD。
F u j i t s u 公司GaN器件的输出功率约为20mW,波长为414nm。
Cree公司在l997年推出2英寸SiC 衬底,为实现以SiC为衬底的GaN蓝光LD的大规模生产铺平了道路。
目前该公司的GaN蓝光LD器件也已实现室温连续激射。
目前,研制成功的GaN系蓝光器件绝大多数是制作在蓝宝石衬底上的, 但是它存在着以下一些问题:(1)蓝宝石衬底价格较昂贵,与GaN／Si系相比GaN／A1:O系器件成本高得多;(2)蓝宝石硬度较高,且蓝宝石衬底不易解理, 因此很难切割成规则的小方块;(3)蓝宝石是绝缘体,作为电极的引出需要多一道沉积透明导电薄膜电极的工艺。
相对而言,硅作为衬底将有助于解决以上问题,硅价格便宜,工艺简便,易于解理,
同时可直接作为电极引出。
尤其更为值得一提的是GaN／Si材料及器件的研制可为硅基集成光电子的实现铺平道路。
因此,GaN／Si蓝光器件的研制是人们努力追求的目标。