縫隙中求生存 Life in GAP

高亮度藍色LED通過與紅色和綠色LED組合便可製造出各種顏色，接踵而來的便是促生出取代白熾燈和螢光燈的新一代節能照明巨大市場。堪稱是20世紀最偉大的發明之一

開發GaN LED的知名學者-->名古屋大學 赤崎勇教授
第一個將GaN LED量產化-->日亞化工, 中村修二

日亞化工主要產品為CRT及螢光燈等使用的螢光體材料, 此外還製造真空濺鍍鍍鈀材, 蒸鍍材料, 化合物半導體材料, 液晶面板背光源.

日亞在一舉成為全球聞名的公司是在1993年底開發出了亮度達到1cd的藍光發光二極體，並成功實施量產。曾一度被公認“要到21世紀才能實現”的高亮度藍色發光二極體, 在20世紀末進入了實用期

為了研究藍色發光二極體，首先必須掌握髮光層——薄膜的結晶生長技術。

藍色發光二極體用材料有ZnSe、SiC及GaN等。1989年，SiC面向藍色發光二極體用途的研究進展最快，已有人製造出亮度較低的發光二極體。ZnSe的研究也很盛行，作為藍色發光二極體及藍色半導體鐳射器用材料的有力候選而備受關注。而GaN卻很少有人研究，當時日本國內的學會也曾出現過ZnSe研討會座無虛席、而GaN研討會的參加者不足10人的情況。

GaP（磷化鎵）是III-V族化合物半導體的一種。屬於能帶為2.3eV的間接遷移型。通過電子-空穴的再結合可獲得較強的發光現象（主波長為590nm），因此可用作發光二極體的材料。但波長580nm～590nm的黃色發光二極體用材料目前大多使用可獲得高亮度的GaAsP及In-GaAlP等。

GaN（氮化鎵）是III-V族化合物半導體的一種。屬於直接遷移型，能隙（Energy Gap）為3.4eV。通過與InN（能隙為2.0eV）及AlN（能隙為6.3eV）形成混合結晶，可使能隙介於2.0eV到6.3eV之間。

在III-V族化合物半導體中，GaAs（砷化鎵）是一種為人所熟知的最普通半導體材料。能帶為1.4eV，屬於直接遷移型。電子遷移率為8800cm²/Vs，空穴遷移率為420cm²/Vs，遠遠高於Si，因此適於用作可高速運行的邏輯電路元等使用的材料。另外，由於可通過電子-空穴的再結合獲得較強的發光（主波長為850nm），因此還被廣泛用作發光二極體及半導體鐳射器材料。

GaAlAs（砷鋁化鎵）是III-V族化合物半導體GaAs和AlAs的混合結晶。通過改變Ga1-xAlxAs中的x，可使能帶從2.1eV變為1.4eV。利益於這一特點，GaAlAs被廣泛用於紅色發光二極體及半導體鐳射器使用的材料。

在單結晶底板上使單結晶生長被稱為外延生長（Epitaxial Growth），是製造半導體器件時的重要技術。液相外延（LPE：Liquid Phase Epitaxy）是其中的一種。這是一種利用經由溶劑的物質移動來實現生長的方法。當利用液相外延技術使GaAs外延生長時，需要使用Ga等製成的溶劑。在Ga中添加GaAs後加熱至900℃高溫，GaAs就會溶解到Ga中。在GaAs底板上導入該溶劑，只要慢慢降低溫度，即可使溶解率降低，從而在GaAs底板上析出GaAs。通過精細控制這一溫度下降速度，便可在GaAs上析出單結晶的GaAs。按照同樣的方法，還可在GaAs底板上使GaAlAs單結晶薄膜生長。

MBE（molecular beam epitaxy）法是在底板上生長出單晶膜的方法，屬於氣相生長法的一種。在對導入高真空中的原子（分子）束進行控制的同時，照射底板，使原子沉積。可稱為高精度真空沉積技術。製造使用矽及GaAs等化合物半導體的元件時，需要使用這種技術。

MOCVD（metal organic chemical vapor deposition）法是在底板上沉積薄膜的CVD（chemical vapor deposition，化學沉積）法的一種。也稱為OMCVD（organometal CVD）法。CVD法是將含有沉積物質的氣體，或者這種氣體與非活性氣體的混合氣體通入加熱後的底板上，使其發生熱分解、氧化還原及置換等化學反應，從而在底板上生成或沉積所需物質的方法。其中，原料氣體採用有機金屬（有機物質直接與金屬結合形成的化合物，organometal）的方法稱為MOCVD法。在底板上生長出GaAs等化合物半導體單晶膜時，普遍採用這種技術。

pn結發光二極體可以說是只接合p型和n型半導體的、構造最簡單的發光二極體。向pn結中載入正向偏壓，然後注入少數載流子。此時，作為少數載流子的電子處於偏離熱平衡狀態的高能量狀態。該電子與作為多數載流子的空穴複合時會發光。利用這種發光現象的就是pn結發光二極體。

雙異質結結構是指通過能隙大於發光層的半導體層來夾住發光層的結構。發光層和周圍半導體層之間的接合，兩側都是異質結（指不同材料間的結合，相同材料間的接合稱為同質結）。向pn結中載入正向偏壓時，注入的載流子並不是都從一個能帶過渡（複合）到另一能帶。載流子的大部分都流出電極被浪費了。採用雙異質結時，發光層的能隙小於周圍。因此，可以將載流子鎖在發光層中，提高複合機率。雙異質結結構用於高亮度發光二極體和半導體鐳射器中