gan基led作為制造白光led的核心部分吸引了各國科研工作者對其進(jìn)行深入研究。gan基led的發(fā)展到現(xiàn)在己有近40年的發(fā)展史。

　　1971年，第一只gan基led問世。由于當(dāng)時(shí)不能進(jìn)行g(shù)an的p型摻雜，只能采用金屬一絕緣體一半導(dǎo)體(mis)結(jié)構(gòu)，雖然這種led使用壽命較長，但其發(fā)光效率l匕較低，僅有0.03 %-0.11%。

　　20世界80年代末，第一只gan基pn結(jié)led誕生。對此led的實(shí)驗(yàn)表明，pn結(jié)led的i-v特性和發(fā)光效率都明顯優(yōu)于mis結(jié)構(gòu)的led，且其輸出光譜中出現(xiàn)兩個(gè)峰，主峰對應(yīng)370nm，次峰值則為430nm。此后gan基led得到了迅速發(fā)展。

　　1991年，日本nichia公司的nakamura等人成功研制出摻雜mg的同質(zhì)結(jié)gan基藍(lán)光led，并首次實(shí)現(xiàn)在gan緩沖層上利用雙流mocvd生長gan薄膜，從而大大提高了薄膜質(zhì)量。其峰值波長430nm，光譜半寬(full width half maximum,fwhm)ssnm，光輸出功率為當(dāng)時(shí)市場上sic led的10倍，外量子效率約為0.18%，并且光譜質(zhì)量較好，只有一個(gè)峰值。

　　由于ingan的禁帶寬度隨in分子比例的改變可覆蓋整個(gè)可見光范圍，因此是led有源層的極佳材料。隨著高質(zhì)量ingan膜的生長成功，高亮度藍(lán)光led也取得了重大進(jìn)展，使得雙異質(zhì)結(jié)((dh)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，dh技術(shù)的使用有助于限制載流子，實(shí)現(xiàn)向有源層的單側(cè)注入。nakamura等人于1993年研制出燭光級高亮度ingan/aigan雙異質(zhì)結(jié)的藍(lán)色led，這是第一次采用zn摻雜的ingan作為有源層。在20ma的正向電流下，輸出功率為1.smw，外量子效率達(dá)到2.7%，主峰波長和fwhm分別為450nm和70nm。

　　90年代后，gan基led進(jìn)入量子阱led時(shí)代。量子阱led分為單量子阱((sqw)和多量子阱(mqw ) led，單量子阱藍(lán)光ingan的led其有源層非常薄，使得fwhm非常窄，更適合做全色顯示器件。當(dāng)輸入電流為20ma時(shí)，輸出功率達(dá)到4.8mw, led的發(fā)光峰值波長為450nm，外量子效率達(dá)到8.7%。而多量子阱藍(lán)光led結(jié)構(gòu)隨后也研制出來，大大提高了器件的光子產(chǎn)生效率。

　　從mis結(jié)構(gòu)到pn結(jié)的結(jié)構(gòu)到同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)再到量子阱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的改變使它們的性能，如輸出功率、量子效率、光譜質(zhì)量等都有了很大的提高。

　　利用藍(lán)色發(fā)光芯片涂覆熒光粉技術(shù)，可得到白光led。2002年，lumileds宣布其獲得了sw,1201m的白色光源。2006年7月，美國cree公司宣布開發(fā)出了在20ma電流下發(fā)光效率達(dá)1311m/w的白光led。

　　2008年9月，美國cree公司成功研制出了冷白光led，在350ma電流下效率達(dá)到了1071m/w。2009年初，該公司又宣布其白光led在350ma電流下已實(shí)現(xiàn)1611m/w的發(fā)光效率，此為業(yè)界當(dāng)時(shí)研發(fā)成果中的最高效率。

　　2010年2月4日，cree宣布白光大功率led獲得新的實(shí)驗(yàn)室紀(jì)錄，光效達(dá)到208 im/w，打破了2個(gè)月前cree對外宣布的實(shí)驗(yàn)室紀(jì)錄186 lm/w。這一款208 im/wled產(chǎn)生208流明的高輸出是在色溫在4579 k的情況下實(shí)現(xiàn)的，本次測試按照標(biāo)準(zhǔn)的led測試環(huán)境進(jìn)行，也就是在室溫環(huán)境下35ma電流支持。

　　gan基led的應(yīng)用

　　目前在led領(lǐng)域，不論是科研人員還是led公司，都對gan基led投入了較大的精力，正是因?yàn)間an基高亮度藍(lán)、綠光led有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和良好的市場前景。市場分析預(yù)測表明，2001年全球藍(lán)光led的市場份額接近10億美元，到2008年gan器件產(chǎn)值己經(jīng)達(dá)到46億美元。隨著高亮度aigainp紅光led和gainn藍(lán)、綠光led的商品化，可見光led的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)由室內(nèi)擴(kuò)展到室外，由單色顯示發(fā)展為彩色顯示，并將在全色動(dòng)態(tài)信息平板顯示、固體照明光源、信號指示燈和背光照明等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

　　1. gan基led全色顯示

　　全色動(dòng)態(tài)信息顯示平板可以廣泛的應(yīng)用于體育場館、車站、機(jī)場、工商業(yè)等行業(yè)的大型和超大型全色顯示屏，作為信息和廣告宣傳途徑。其中藍(lán)光led是實(shí)現(xiàn)全色平板顯示的關(guān)鍵器件，是全色顯示器件中價(jià)格較貴的器件，高亮度藍(lán)光led的商品化使全色動(dòng)態(tài)信息顯示成為可能。目前僅國內(nèi)廣告業(yè)、機(jī)場、車站需要的大型顯示屏的年成交額達(dá)數(shù)億元人民幣，而且該市場仍在迅速發(fā)展。

　　2. gan基led照明

　　隨著第三代半導(dǎo)體材料氮化嫁的突破和藍(lán)、綠、白光led的問世，半導(dǎo)體技術(shù)又引發(fā)了一場照明領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)業(yè)革命。利用材料組分變化可以發(fā)出波長連續(xù)可調(diào)的各種色光，構(gòu)成全色光源，因此半導(dǎo)體led正在逐步替代白熾燈和熒光燈，成為新一代照明光源。世界三大照明工業(yè)公司cree, philips, osram均成立了半導(dǎo)體照明企業(yè)，以爭奪半導(dǎo)體照明新型產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。

　　目前，利用超高亮度led己經(jīng)可以制成最大亮度高達(dá)soocd/m2的白色平板光源，成為新一代的照明光源，而其耗電量僅相當(dāng)于相同亮度白熾燈(壽命約為6-12月)的10%-20%，而壽命可達(dá)5-10年。如今，這種體積小、重量輕、方向性好、節(jié)能、長壽命、耐各種惡劣條件的新型固體光源己對傳統(tǒng)的光源市場造成巨大沖擊。

　　3. gan基led信號指示

　　傳統(tǒng)的公路、鐵路交通信號燈、警示燈、標(biāo)志燈和各類汽車的指示燈均是采用白熾燈加油光片的方法實(shí)現(xiàn)各色指示或顯示，對光能的利用率最高僅有50%，采用高亮度led光源，不僅響應(yīng)速度快、壽命長、抗震、耐沖擊，而且高效節(jié)能。目前，日本已采用高亮度紅黃藍(lán)led像素?zé)糇鹘煌ㄐ盘枱�，其耗電量僅為傳統(tǒng)信號燈的12%；同時(shí)，以高亮度led作為汽車的外部指示燈，可以大大降低汽車用于發(fā)電的油耗。