n 1962年，GaAs激光二极管的问世，作为半 导体光电子学的开端。
n 激光的激射波长取决于材料的带隙，且只 有具有直接带隙的材料才能产生光辐射， 它使注入的电子－空穴自己发生辐射复合 以得到较高的电光转化效率
【材料课件】第九章半导体光电子材 料[1]
产生激光的条件
n 1. 形成粒子数反转，使受激辐射占优势 n 2. 具有共振腔以实现光量子放大 n 3. 外界输入能量至少要达到阈值，使激光管
常用的电致发光粉末材料
n ZnS:Mn,Cu----发黄光 n ZnS:Ag----发蓝光 n ZnS:Cd,Ag----发红、绿光
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2）薄膜发光材料
n 薄膜发光材料发光机理和粉末材料基本相 同
n 但薄膜材料可以在高频电压下工作，发光 亮度也较高
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常用薄膜电致发光材料
n ZnS:Mn----发黄光 n ZnS:Tb----发绿光 n ZnS:Mn-----发蓝光
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8.2.3 阴极射线发光材料
n 阴极射线管是将电信号转换成光学图像的电子束 管，常见的彩色电视显像管
n 它的光电转换是通过其中的荧光屏来实现的； n 所用蓝粉和绿粉以ZnS为主
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中国专家的呼吁
我国有近百名专家（两院院士）联名向国务院 呼吁，以三峡工程的5%费用，支持我国的半导 体照明产业。
国家启动国家半导体照明工程
用5-10年的时间的努力，1/3照明应用半导体照 明，每年可以节约的电量1000亿度，多于一个 三峡水电站的发电量（800亿度）
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高亮度白光LED的实现
通过红、绿、蓝三种 LED组合成为白光
基于紫外光LED，通 过三基色粉，组合成 为白光
基于蓝光LED，通过 黄色荧光粉激发出黄 光，组合成为白光
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Ge： Eg＝0.67 eV GaP：Eg＝2.25 eV GaN：Eg＝3.4 eV
再见，see you again
2020/10/30
【材料课件】第九章半导体光电子材 料[1]
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8.3 太阳能电池材料
n Si电池材料 n 化合物半导体材料
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8.3.1 Si电池材料
n 单晶Si电池 n 多晶硅电池
n 带状硅电池
n 薄膜硅电池材料
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演讲完毕，谢谢听讲!
每年节省10亿公升以上 的原油消耗。
台湾
25％白炽灯及100％日光灯 节省110亿度电，约合
被白光LED取代
1座核电厂发电量。
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美国半导体照明计划
日本21世纪照明计划
从2000年起国家投资5亿美 元
到2010年 55%的白炽灯和 荧光灯被半导体灯取代
每年节电达350亿美元
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半导体照明是21世纪最具发展前景 的高技术领域之一
地区＼条件·效益
条件
能源节约
降低二氧化碳排放
美国 日本
5％白炽灯及55％日光灯被 每年节省350亿美元电 每年减少7.55亿吨二氧
白光LED取代
费。
化碳排放量。
100％白炽灯被白光LED取 代
可少建1-2座核电厂。
【材料课件】第九章半 导体光电子材料
2020/10/30
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n 电子器件和光电子器件应用是半导体材料 最重要的两大应用领域
n 半导体材料Si，GaAs和GaN，InP等既是重 要的电子材料，也是重要的光电子材料
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8.1 半导体激光材料
高容量蓝光DVD、激光打 印和显示、军事领域等
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LED照明的优点
n 发光效率高，节省能源 n 耗电量为同等亮度白炽灯的 10%-20%，荧光灯的
1/2。 n 绿色环保 n 冷光源，不易破碎，没有电磁干扰，产生废物少 n 寿命长 n 寿命可达10万小时 n 固体光源、体积小、重量轻、方向性好 n 单个单元尺寸只有3~5mm n 响应速度快，并可以耐各种恶劣条件 n 低电压、小电流
n 电致发光材料分为粉末发光材料和薄膜发 光材料
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1）粉末发光材料
n 半导体粉末发光材料的发光特性主要由一 线特殊杂质作为激活剂和共激活剂所决定 的
n ZnS粉末，常用Cu作为激活剂；Al，Ga，In 等作为共激活剂
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的增益至少等于损耗
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n GaAs基 n InP基 n GaN基 n GaSb基
Байду номын сангаас
LD材料
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8.2 半导体显示材料
n 发光二极管（LED） n 电致发光显示
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8.2.1 发光二极管 LED
红光 绿光 蓝光
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日亚公司1994年首创用MOCVD制 备了GaN LED
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市场分布分析
按全球LED市场划分， 目前市场主要集中在 日本、美国、欧洲等 发达国家和地区，仅 日本、美国市场就占 到全球的60％以上。
2003年全球GaN基LED芯片产量
按应用领域划分，目前，高亮度LED主要用途及市场有显示 器背光源（如手机、PDA）、标志（如户外显示）、景观照 明、汽车、电子设备、交通信号灯及照明等。
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8.2.2 电致发光材料
n 电致发光又称为场致发光，与LED的低电 场结型发光相比，是一种高电场作用下发 光。
发光二极管Light-Emitting Diode 是由数层很薄的掺 杂半导体材料制成。
当通过正向电流时，n区 电子获得能量越过PN结 的禁带与p区的空穴复合 以光的形式释放出能量。
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LED应用
半导体白光照明 车内照明 交通信号灯 装饰灯 大屏幕全彩色显示系统 太阳能照明系统 其他照明领域 紫外、蓝光激光器
2015年形成每年500亿美元 的半导体照明产业市场
投入资金50亿日元
到2007年 30%的白炽灯 被置换为半导体照明灯
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欧盟彩虹计划
应用半导体照明实现： 高效 节能 不使用有害环境的材料 模拟自然光
韩国“固态”照明计划
2004年-2008年韩国政府计 划投入1亿美元，企业提供 30%配套资金，近期开始 实施，预计2008年LED的 发光效率达到80lm/W