LED燈點亮21世紀
半導體本身是個長壽命的器件，如果沒有人為的損壞幾乎是半永久型的，要是用半導體做照明燈，基本上可以達到燈永久用不壞的目的。
——李晉閩
自古以來，照明光源的歷史就與人類文明的發展息息相關。照明光源不僅是人類文明的見證，更是人類文明不斷發展和進步的原動力。
圖 人類照明史上的里程碑事件
1879年，Thomas?Edison發明了白熾燈，使人類進入了電氣照明時代，改變了人類社會的生產和生活方式。從此之后，照明光源飛速發展，熒光燈和高壓鈉燈等相繼出現，充當著重要的照明工具。然而，白熾燈發光效率低，熒光燈含汞等有害物質，高壓鈉燈顯色性差，這些光源的致命弱點預示著它們終將不能滿足日益發展的人類文明對于節能環保的高度需求。在人們致力于研究開發新光源的同時，半導體技術的發展帶領人們進入了信息時代，人們對于半導體材料的研究與應用也越來越關注，發光二極管（LED，light-emitting?diode）便在此背景下應運而生。1962年，Nick?Holonyak?Jr.使用GaAsP為發光材料，發明了第一顆p-n結紅光LED。在隨后大約四十年中，GaP（550nm，綠色）、GaAsP（650nm，橙色和黃色）、GaAlAs（680nm，紅色）、AlInGaP（590-620nm，黃-橙黃色）等多種材料體系的LED相繼推出，不過發光波長均長期局限于紅色和黃綠色，難以實現更短波長的藍光LED。直到二十世紀九十年代左右，日本名古屋大學的赤崎勇（Isamu?Akasaki）和天野浩（Hiroshi?Amano），以及日本日亞公司的中村修二（Shuji?Nakamura）通過不斷努力成功解決了高質量GaN薄膜的生長與p型摻雜問題，才實現了商業化的高效率氮化物藍光LED。GaN基藍光LED的發明被譽為“愛迪生之后的第二次照明革命”。他們三人也因為“發明的高效藍色發光二極管（LED）帶來了明亮而節能的白色光源”而獲得了2014年度諾貝爾物理學獎。
諾貝爾獎公布現場展示的使用藍光LED拼成的A.Nobel字樣
Ⅲ族氮化物半導體包括氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化鎵(GaN)及其合金，屬于全組分直接帶隙半導體，輻射復合動量守恒，輻射躍遷效率高，其帶隙能量涵蓋了從近紅外到深紫外的寬光譜范圍，是目前實現高效率發光二極管的理想材料，也是寬禁帶半導體中最具吸引力的材料。然而，在生產實際中，發光二極管的發光效率會受到材料、器件、封裝等多種環節和技術的影響，這一系列的問題引起了世界各國眾多科技工作者的廣泛關注，成為科學研究的熱點領域。
圖 發光二極管的制作流程與LED的效率
2014年諾貝爾獎委員會在聲明中說：“白熾燈點亮了20世紀，21世紀將由LED燈點亮。”短短的二十余年，Ⅲ族氮化物LED技術不僅僅在照明、背光、顯示等領域廣泛應用，引領著現代照明技術的進步，也在逐步改變著人們的生活方式，向著生物、農業、醫療、保健、航空、航天和通信等“超越照明”的領域發展，為社會進步和經濟繁榮發揮著重要作用。不過，隨著LED應用領域的不斷擴展，新應用領域的不斷出現，也會涌現出很多與通信、控制、傳感、信息處理、電子、軟件、光學等多領域技術交叉的新的基礎科學問題，亟需去解決。
我國在Ⅲ族氮化物發光二極管技術方面的研究始于二十世紀九十年代末期，尤其是從2003年我國啟動“半導體照明工程”以后，我們開展了一系列基礎性、前瞻性、戰略性的科學技術研究，在MOCVD裝備制造、外延材料生長、芯片制造工藝、封裝集成技術各環節均取得了具有國際影響的原創性工作。我們研發的白光LED在350毫安的工作電流下，發光效率從2004年的20流明/瓦提高到2014年的160流明/瓦。LED的發展也為我國的節能減排和經濟建設發揮著巨大貢獻。
半導體行業已經形成數千億美元的巨大產業，2014年我國的LED應用產值超過了3500億元。半導體照明很有特點，它是在科學問題還沒有完全解決的同時，市場已有了大量的應用，簡單的說就是半導體照明市場的驅動力太強，不像其他新興產業完全是靠技術來推動的。可是當應用到一定階段，如果科學問題還未得到解決，后面的發展就會很困難。要加強基礎科學方面的研究，否則產業發展就是“無源之水，無本之木”。
《Ⅲ族氮化物發光二極管技術及其應用》是以作者及其研究團隊十多年的研究成果為基礎，結合國際上最前沿的研究進展和動態，從Ⅲ族氮化物發光二極管的材料外延、芯片制作、器件封裝和系統應用等方面詳細介紹了Ⅲ族氮化物LED的基本原理、材料性質；外延生長理論，InGaN/GaN多量子阱材料及藍、綠光LED，AlGaN/GaN多量子阱材料及紫外LED；Ⅲ族氮化物LED量子效率提升技術、關鍵制備工藝、封裝技術及可靠性分析，LED的應用及前沿等內容，集學術性與實用性為一體，希望可以幫助LED領域的相關科技工作者在學術參考和研究領域發展趨勢有所幫助，敬請廣大讀者提出意見和建議。
隨著基礎研究和工程應用的深入，Ⅲ族氮化物發光二極管技術必將進一步推動我國的第三代半導體技術和產業發展。
本文摘編自李晉閩、王軍喜、劉喆著《Ⅲ族氮化物發光二極管技術及其應用》（科學出版社，2016.3）一書“第一章 緒論”。有修改，標題為編者所加。
《Ⅲ族氮化物發光二極管技術及其應用》以作者及其研究團隊多年的研究成果為基礎，詳細介紹了Ⅲ族氮化物發光二極管（LED）的材料外延、芯片制作、器件封裝和系統應用，內容集學術性與實用性為一體。全書共12章，內容包括：Ⅲ族氮化物LED的基本原理、材料性質及外延生長理論，InGaN/GaN多量子阱材料及藍、綠光LED，AlGaN/GaN多量子阱材料及紫外LED，Ⅲ族氮化物LED量子效率提升技術、關鍵制備工藝、封裝技術，可靠性分析，LED的應用，以及當前氮化物LED的一些研究前沿和熱點。
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