本文追溯了氮化鎵材料和藍(lán)色發(fā)光二極管的發(fā)展歷史，回顧了重要的歷史事件。III 簇氮化物是直接帶隙半導(dǎo)體材料，發(fā)光范圍紫外到紅外，覆蓋整個(gè)可見光區(qū)，是理想的光電器件材料。同時(shí)，具有優(yōu)越的物理性質(zhì)，在高溫、高能、高頻微波器件以及高壓電子電力器件都有廣泛的應(yīng)用。

　　瑞典皇家科學(xué)院于當(dāng)?shù)貢r(shí)間2014年10月7日揭曉諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，日本科學(xué)家赤崎勇(I.Akasaki) 、天野浩( H.Amano) 和美籍日裔科學(xué)家中村修二( S.Nakamura) 獲此殊榮，分享總額為800 萬瑞典克朗的獎(jiǎng)金，以表彰他們發(fā)明了藍(lán)色發(fā)光二極管( LED)。這是繼2009年“半導(dǎo)體成像器件電荷耦合器件”( CCD) 獲獎(jiǎng)后又一個(gè)“發(fā)明類”諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。與其它獲得諾獎(jiǎng)的高精尖發(fā)明相比，藍(lán)色發(fā)光LED似乎并不起眼，其芯片只有芝麻大小，LED燈在生活中卻幾乎隨處可見，而且價(jià)格低廉。20多年前，當(dāng)Gan藍(lán)色發(fā)光二極管第一次閃耀時(shí)，這項(xiàng)將對(duì)全人類的福祉作出重大貢獻(xiàn)的發(fā)明引起了整個(gè)科學(xué)界的震動(dòng)。在寬禁帶半導(dǎo)體研究領(lǐng)域，國內(nèi)外的同行們期待LED贏取諾獎(jiǎng)已經(jīng)很多年了。

　　LED是英文Light-Emitting Diode的縮寫，中文稱之為發(fā)光二極管，是一種能將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體元件。發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)是p-n結(jié)，由兩種不同極性的半導(dǎo)體材料組成，其中一種是p型半導(dǎo)體，另一種是n型半導(dǎo)體。p型半導(dǎo)體也稱為空穴型半導(dǎo)體，即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。在p型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子，主要靠空穴導(dǎo)電。空穴主要由雜質(zhì)原子提供，自由電子由熱激發(fā)形成。摻入的雜質(zhì)越多，多子( 空穴) 的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。n型半導(dǎo)體也稱為電子型半導(dǎo)體，即自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。LED也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)加上正向電壓后，從p區(qū)注入到n區(qū)的空穴和由n區(qū)注入到p區(qū)的電子，在p-n結(jié)附近數(shù)微米的范圍內(nèi)分別與n區(qū)的電子和p區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。發(fā)射光子的能量近似為半導(dǎo)體的禁帶寬度，即導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的帶隙能量。禁帶寬度是半導(dǎo)體的一個(gè)重要特征參量，其大小主要決定于半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，即與晶體結(jié)構(gòu)和原子的結(jié)合性質(zhì)等有關(guān)。原子對(duì)價(jià)電子束縛得越緊，化合物半導(dǎo)體的價(jià)鍵極性越強(qiáng)，則禁帶寬度越大。Si、砷化鎵( GaAs) 和氮化鎵(GaN) 的禁帶寬度在室溫下分別為1.24 eV、1. 42eV 和3.40 eV。半導(dǎo)體材料的發(fā)光波長受制于禁帶寬度，兩者之間的關(guān)系為發(fā)光波長( nm) = 1240 /禁帶寬度(eV)因此，要實(shí)現(xiàn)波長為460 nm 的藍(lán)色發(fā)光需要禁帶寬度為2.7 eV 以上的寬禁帶半導(dǎo)體，比如GaN。這是研究GaN以實(shí)現(xiàn)藍(lán)光LED最根本的物理原因。