发光用半导体材料(semiconductor  materialused  for  luminescence)

在外电场作用下能发光的半导体材料。半导体晶体中价带上的电子被外电场激发到导带中，将其能量的-部分传递给晶格振动或其他电子，不久与空穴复合而放出光子。在完整晶体中，被激发到导带中的电子直接与价带中的空穴复合而发光，其发光峰值能量等于禁带宽度，即hv-E。(见半导体能带结构)。但在实际晶体中除了含有多种微量杂质和缺陷外，有意掺入晶体中起发光中心作用的杂发fa质占优势，在禁带中形成局部能级，发光过程通常是被激发到导带的电子先被局部能级E；所俘获，随后才与空穴复合而发光。因此，其发光峰值能量低于禁带宽度，即矗，发光波长由下式决定：

式中h为普朗克常数；v为频率，次／s；c为光速，cm／s；为激活能，eV。

上述激励电子，如果没有受到任何外部感应，自身就与空穴复合而发出光子j这种现象称为自辐射。在-些半导体材料中，当自然放射产生的光子在晶体中行进时，将对其他尚未到达自辐射的激励电子产生耦合感应，使受到感应的激励电子在没有达到放射前就与空穴复合而形成新的光子。由这样产生的光子，其频率与感应复合元的光子的频率或相位有极好的-致性，这等于使性质完全相同的光子不断增殖，由此造成晶体中“粒子数反转”状态。再利用光学谐振腔原理，使处于“粒子数反转”状态的工作物质对光的受激放大作用多次重复进行，这就会形成光的持续受激发射而产生激光。激光使光的利用取得了革命性的进展。

发光用半导体材料主要是Ⅲ-V族元素化合物及其固熔体，如GaAs、GaP、InP、GaSb、InAs、InSb、GaAlAs、GaAsP、GaInAsP、InGaAsSb等。还有Ⅱ-Ⅵ族，如ZnS、ZnSe，Ⅳ-Ⅳ族，如SiC等化合物半导体材料。用这些材料制作的半导体发光器件有可见光发光二极管(LED)和红外发光二极管以及激光二极管(LD)3大类。可见光LED用的材料以及发光波段和颜色列于表中，已批量生产和大量应用的仍属Ⅲ-V族化合物半导体材料，其中起主流作用的是可制成红、橙、黄、绿各色LED的GaP材料和可制造高亮度LED的GaAlAs材料。GaN和SiC蓝色LED已达到实用化水平，由此在以往已成熟的红、绿色LED的基础上实现了全色LED显示。可见光LED主要用于指示灯以及数字、文字和图像显示，高亮度LED用于印相机、汽车尾灯、交通信号灯和全色LED平板显示j红外LED和激光器主要用于光通信。随着光盘、激光印刷以及塑料光纤通信等光学信息处理装置与传输系统的发展，对可见光LD的需求日益增加，因此大力开发研究了可见光LD所用的材料，如AlGaAsP(0.683μm)、GaAlAs(0.752,um)、InGaAsP(0.787μm)以及可制造最短波LD的ZnSe和SiC材料。今后，随着应用领域的扩展，将开发适合于更长或更短波长范围以及高亮度、高速度、高密度方面的新型发光器件。

以上所用材料，如GaAs、GaP、InP等体单晶材料，-般都是采用水平布里支曼法和液封直拉法生长单晶，而制造发光器件所用的外延材料如GaAlAs、GaAsF，、GaInAst，InGaAsSb等，开始时用气相外延法和液相外延法，后来采用可以生长超薄、多层结构材料的金属有机化学气相沉积法和分子束外延法。