蓝色LED发光技术的研发（上）

　　1993年日亚化学工业推出蓝色LED之后，有一段时期公众普遍认为蓝色LED就是日亚化学开发出来的。对此，天野教授说，“蓝色LED的产品化是众多先行者为了合成出氮化镓（GaN）类半导体晶体而开发的技术和坚持的结果”。

　　赤崎和天野的研究小组，就在GaN类蓝色LED的开发中做出了重要贡献。赤崎在2001年获得了“应用物理学会成就奖”，获奖理由中有这样一段话：“在GaN类氮化物半导体材料和元器件的研发中，赤崎及其研究小组的研究是所有研究的出发点。通过开发低温缓冲层技术，1986年成功地获得了品质明显提高的晶体，并在1989年实现了此前不可能的p型传导和n型传导性控制，同年还实现了pn结蓝色发光二极管。”

　　蓝色LED技术确立于1985年，对外公开发表在1986年。

　　图：高亮度蓝色LED的构造蓝宝石衬底上有低温GaN缓冲层

　　在介绍蓝色LED发明时，提到的全是GaN类蓝色LED，因为GaN类蓝色LED被认为是现在实用化的蓝色LED的原型。其实，要说发蓝光的LED这个概念，碳化硅（SiC）类蓝色LED早在GaN类蓝色LED之前就诞生了。不过，SiC类蓝色LED输出的光较弱，对很多研究人员在蓝色 LED之后瞄准的蓝色半导体激光器的开发也没有起作用，所以，现在如果没有特别说明，蓝色LED就是指GaN类蓝色LED。

　　赤崎和天野的研究小组之所以能获得这么高的评价，是因为他们一直坚持研究很多研究人员已经放弃的GaN材料，付出的努力最终成就了蓝色LED。

　　赤崎选择的是GaN这条艰难之路

　　要想让蓝色LED和蓝色半导体激光器等蓝色发光器件发光，至少需要带隙在2.6eV（电子伏）以上的大型半导体材料。发光波长与带隙能量之间的公式为

　　发光波长（nm）= 1.24/带隙能量（eV）×100

　　蓝色发光波长为455～485nm，按照公式倒推，需要的带隙能量为2.55～2.72eV。因此，要想实现蓝色发光器件，至少需要 2.6eV以上的带隙能量。这种带隙能量较大的半导体被称为宽禁带半导体，根据上面的公式可知，只有宽禁带半导体才能发出高能量蓝色区域的短波长的光。

　　在1960年代后半期至1980年代前半期，这种蓝色发光器件的候补材料有SiC、硒化锌（ZnSe）和GaN三种。但这三种材料受到的期待并不相同。根据晶体生长的难易程度，大多数研究人员都把目光投向了SiC和ZnSe这两种材料。