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1.2 LED的核心结构和发光原理
LED（Light Emitting Diode，发光二极管），其中LED的核心结构是晶片中的pn结，pn结简单的来说，就是在衬底上先经过生长一层n型外延层，然后再生长一层p型外延层，这样就形成了一个简单的pn结，两端通过加上电压注入载流子以后便能够进行发光[2]。LED的发光原理示意图如下所示]：
如上图所示，LED中的晶片由最重要的两部分半导体组成，右端部分是P型半导体，空穴为多子占主导地位，电子为少子；左端部分是N型半导体，电子为多子占主导地位，空穴为少子。当这两者连接起来时，就构成了一个“PN结。”当给此PN异质结加上正向偏压以后，电子将被推向P区，在P区里与电子复合，并以光子的形式释放能量，这就是LED的发光原理。上个世纪以来，一直基于硅、锗作为PN结材料。
近几十年，由于Si、GaAs等常规半导体的禁带宽度较小，从而只能够发射长波长的光，通常外界条件的变化极易引起其内部的电子激发，并对其产生一定的干扰现象，而宽带隙半导体能很好的克服上述问题。随着宽带隙半导体材料和器件的研究递进发展，最重要的宽带隙半导体材料有Ⅲ族氮化物、ZnO、金刚石和SiC等。以GaN为代表的第三代半导体，与传统的半导体有许多不同的光学和电学性质，它们对推动信息技术的发展和应用起到了极为重要的作用。由于GaN、ZnO、SiC和金刚石等材料，具有很高的电子饱和漂移速度、较大的热导率和较高的大临界击穿电压等特性，从而成为了进行研究制造大功率、耐高温、高频、抗辐照半导体微电子器件的理想材料[4]。
1.3 p-i-n异质结对于pn异质结的优势
伴随着pn异质结近年来的飞速进展，p-i-n异质结也快速成为二极管的重要一种结构模式。pn异质结与p-i-n异质结有许多相同点也有各自的特点。其中p-i-n异质结比pn结更好的一些特性有：（1）工作电压不同，pn结的势垒厚度一般较薄，在结界面处的电场最大，容易发生雪崩击穿，故能承受的反向电压有限；而p-i-n异质结势垒层较厚且也比较均匀，不容易发生雪崩击穿，能承受很大的反向电压；（2）pn结的势垒电容就是空间电荷区的电容，与外加电压和两边半导体的掺杂浓度、温度有关；而p-i-n异质结的势垒电容基本为插入的绝缘层电容；（3）感光（探测）灵敏度不同，作为光电子器件使用时，灵敏度主要取决于势垒区的宽度。而pn异质结的势垒厚度相对较薄，在感光灵敏度方面较小[5]。
下面将关于p-i-n异质结基于当今最重要的第三代宽带隙半导体GaN和ZnO，形成的p-GaN/n-ZnO异质结通过插入不同的中间绝缘层来获得微电子器件独特的光电特性，并逐步展开本次本科毕业设计的相关内容。