用于制作发光二极管的半导体材料,常用的有哪些？

在可预见的将来，单晶硅仍是电子工业的首选材料，但砷化镓这位半导体家族新秀已迅速成长为仅次于硅的重要半导体电子材料。砷化镓在当代光电子产业中发挥着重要的作用，其产品的50%应用在军事、航天方面，30%用于通信方面，其余的用于计算机和测试仪器。砷化镓材料的特殊结构使其具备吸引人的优良特性。根据量子力学原理，电子的有效质量越小，它的运动速度就越快，而砷化镓中电子的有效质量是自由电子质量的1/15，只有硅电子的1/3。用砷化镓制成的晶体管的开关速度，比硅晶体管快1～4倍，用这样的晶体管可以制造出速度更快、功能更强的计算机。因为砷化镓的电子运动速度很高，用它可以制备工作频率高达1010赫兹的微波器件，在卫星数据传输、通信、军用电子等方面具有关键性作用。实际上，以砷化镓为代表的Ⅲ—Ⅳ族半导体，其最大特点是其光电特性，即在光照或外加电场的情况下，电子激发释放出光能。它的光发射效率比其他半导体材料高，用它不仅可以制作发光二极管、光探测器，还能制作半导体激光器，广泛应用于光通信、光计算机和空间技术，开发前景令人鼓舞。与任何半导体材料一样，砷化镓材料对于杂质元素十分敏感，必须精细纯化。和硅、锗等元素半导体不同的是它还要确保准确的化学配比，否则将影响材料的电学性质。基于以上原因，砷化镓单晶的制备工艺复杂，成本高昂。我国曾在人造卫星上利用微重力条件进行砷化镓单晶的生长，取得了成功。此外，薄膜外延生长技术，可以精确控制单晶薄膜的厚度和电阻率，在制备半导体材料和器件中越来越受到重视。

半导体PN结二极管激光器是人们最早研制成功的一种典型的半导体激光器。在本质上，这种装置类似于一种单向（正）偏压发光二极管,在N区导带的底部集居着电子,而在P区价带的顶部集居着空穴；在正向偏压作用下，电子由N区进入P区，并在PN结（交界）区与空穴相复合而产生发光，发光光子能量约等于导带与价带之能量差；如果对PN结二极管施加的正向注入电流密度超过一定的阈值，使在PN结区由复合发光所决定的增益远大于各种可能的光损耗，就可以形成相干的激光振荡；此时，光学共振腔，可由垂直于结平面的两个平行晶体解理面构成。

半导体PN结二极管激光器的主要优点是体积小、重量轻、成本低、效率高和使用寿命长。目前效果最好和使用最普遍的是双异质结型砷化镓二极管激光器，可在室温条件下以较高重复脉冲率运转或连续运转，输出激光在0.8微米附近的近红外区,并可按一定方式在有限的光谱范围内进行调谐。

半导体二极管激光器在激光通信、信息存储、处理与显示、激光测距、制导、夜视及激光光谱学研究等领域均有重要应用价值。

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