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LED的历史进程和未来发展
作者：胡晓东来源：《中国周刊》2018年第07期
瑞典皇家科学院于当地时间2014年10月7日揭晓了诺贝尔物理学奖，日本科学家赤崎勇（IsamuAkasaki）、天野浩（HiroshiAma
o）和美籍日裔科学家中村修二（ShujiNakamura）获此殊荣，分享总额为800万瑞典克朗的奖金，以表彰他们发明了蓝色发光二极管（LED）。这是继2009年“半导体成像器件电荷耦合器件”（CCD）获奖后又一个“发明类”诺贝尔物理学奖。与其它获得诺奖的高精尖发明相比，蓝色发光LED似乎并不起眼，其芯片只有芝麻大小，但LED灯在生活中却几乎随处可见，而且价格低廉。20多年前，当GaN蓝色发光二极管第一次闪耀时，这项将对全人类的福祉作出重大贡献的发明引起了整个科学界的震动。在宽禁带半导体研究领域，国内外的同行们期待LED赢取诺奖已经很多年了。
LED是英文LightEmitti
gDiode的缩写，中文称之为发光二极管，是一种能将电能转化为光能的半导体元件。发光二极管的基本结构是p
结，由两种不同极性的半导体材料组成，分别是p型半导体和
型半导体。p型半导体也称为空穴型半导体，即空穴浓度远大于自由子浓度的杂质半导体。在p型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越
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高，导电性能就越强。
型半导体也称为电子型半导体，即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。LED也具有单向导电性。当加上正向电压后，空穴和电子分别从
区和p区注入，在p
结附近数微米的范围内，从p区注入到
区的空穴与
区的电子复合，而由
区注入到p区的电子则与p区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。发射光子的能量近似为半导体的禁带宽度，即导带与价带之间的带隙能量。禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。原子对价电子束缚得越紧，化合物半导体的价键极性越强，则禁带宽度越大。硅（Si）、砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）的禁带宽度在室温下分别为124eV、142eV和340eV。半导体材料的发光波长受制于禁带宽度，两者之间的关系为发光波长（
m）1240禁带宽度（eV）。因此，要实现波长为460
m的蓝色发光需要禁带宽度为27eV以上的宽禁带半导体，比如GaN。这是研究GaN以实现蓝光LED最根本的物理原因。
早在固体材料电子结构理论建立之前，固r