氮化镓发光二极管技术

  氮化镓具有的直接带隙宽、原子键强、热导率高、化学稳定性好、抗辐射能力强、具有较高的内、外量子效率、发光效率高、高强度和硬度(其抗磨力接近于钻石)等特点和性能可制成高效率的半导体发光器件——发光二极管(Light-emittingdiode,简称为LED)和激光器(Laserdiode,简称为LD)。并可延伸至白光LED和蓝光LD。抗磨力接近于钻石特性将有助于开启在触控屏幕、太空载具以及射频(RF) MEMS等要求高速、高振动技术的新应用。
 氮化镓发光二极管
  LED特别是蓝、绿光LED应用于大屏幕全彩显示、汽车灯具、多媒体显像、LCD背光源、交通信号灯、光纤通讯、卫星通讯、海洋光通讯、全息像显示、图形识别等领域。具有体积小、重量轻、驱动电压低(3.5-4.0V)、响应时间短、寿命长(100000小时以上)、冷光源、发光效率高、防爆、节能等功能。LD特别是蓝光LD因其具有短波长、体积小、容易制作高频调制等优点,可使现在的激光器读取器的信息存储量和探测器的精确性及隐蔽性都有较大提高,信息的寻道时间亦将大为缩短,在民用与军用领域有着巨大潜在用途,应用于光纤通讯、探测器、数据存储、光学阅读、激光高速印刷等领域,将会取代目前的红外光等激光器。白光LED是将蓝光LED与YAG荧光物质放在一起,其合成的光谱为白光,在不远的将来取代目前传统的白炽灯和日光灯,从而引起世界照明工业的革命。
 
  从过往历史看,大约每20年左右会出现一种新型功率三极管,而技术变革会让行业内诞生一些并不为公众熟知的巨头公司。
 
  1970年代,美国无线电公司(RCA)开发了一种氮化镓工艺来制造LED。
  1991年, 曾研究出极性氮化镓材料的诺贝尔物理奖得主曾经工作过的日本日亚(Nichia)公司首先研制成功以蓝宝石为衬底的GaN蓝光发光二极管(LED),之后实现GaN基蓝、绿光LED的商品化。
  90年代,自中村修二研发出蓝光LED以来,以第一代半导体发光材料为核心的固态显示及照明已走过20多个年头。
  1998年,美国科学家研制出了首个氮化镓晶体管。
 
  氮化镓具有良好的耐热性能,因此由其制成的动力电子设备几乎不需要冷却。博罗内斯表示,如果移动通讯基站配备氮化镓晶体管,运营商将不再需要高能耗的冷却系统。照明能耗约占全球能耗的20%,用氮化镓制成的一个5瓦的灯泡与传统60瓦的白炽灯一样明亮,因此,氮化镓有助于为照明领域节省大量能源。
 
  氮化镓是一种人造材料,自然形成氮化镓的条件极为苛刻,需要2000多度的高温和近万个大气压的条件才能用金属镓和氮气合成为氮化镓,在自然界是不可能实现的。
 
  氮化镓场效应晶体管(FET)可以分立晶体管和单片半桥的形式来供应,其性能要比目前最好的商用硅MOSFET好10倍。相比主流的硅基MOSFET、IGBT,氮化镓器件的开关频率可以高出1000倍;能量损耗可以降低50%-90%;每瓦尺寸和重量降至原先的1/4,系统成本可以大幅降低。

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