高鼎三老师向有关主管部门提出了创办长春半导体厂及中国 科学院吉林分院半导体研究所（后改为东北物理所）的建议 并参与了筹建工作。
1962年至1966年，进行了台面晶体管、隧道二极管、 砷化 镓激光器等研究。
以敏锐的科学洞察力看准了半导体光电子学这一新的发展方 向，开始了第二代半导体的研究 。
1976年，研制的砷化镓条形双异质结激光器，在国内率先实 现室温激射，获1978年全国科技大会奖。吉林大学在第二代 半导体的研究在很长时间处于国内领先地位。
LED 白 光 照 明
UV-LED激发红、绿、蓝荧光合成白光
优点 白光仅取决于荧光物！（对LED光源有较
大的宽容度） 非常好的彩色重现性 理论上“最易于制造！” 缺点 紫外光的泄露有潜在的破坏性 由于磷光物的转换效率、斯托克司频移以 UV LED + RGB phosphor
及自身的吸收等因素限制了发光效率
荧光灯
2020 白炽灯 荧光灯
200
16
85
>100
1
10
1500 1200 3400
7.5
75
40
<2
0.4 1.5
<3
0.5
5
>m：OIDA Technology Roadmap Update 2002.9)
三种方法产生白光发光照明
可与日光灯的白光合成原理类似，也可用 不同颜色的半导体发光合成白光
照明用大功率白光LED的三大问题
内量子效率不高 i 光提取效率不高50-60% 提高封装效率、散热、光路设计
不同波长芯片的内量子效率和光提取效率
wp = extraction i 目前水平：
i 低于30% wp 为20-30% package 为 50-60%
内量子效率问题：GaN基蓝光 LED结构中压电场带来的问题
泡）有80%~90%的电力转化为为热能被白白消耗掉。
半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。半 导体照明光源－－发光二极管(LED)具有高效、节能、环保、 长寿命、抗震、抗冲击、易维护等显著特点，被认为是最
有可能进入普通照明领域的一种新型固态冷光源。是人类 照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次革命。
照明市场
白炽灯
白 炽 灯 ——热光 源 ， 钨 丝发光 色 温 为 2850K
缺点： 能源浪费（绝大多数是红外辐射） 发光效率<15 lm/W（<5%功率） 安全问题 最根本的是无法达到白日的色温
（6500K） 优点： 价格便宜（0.0005US$/lm）
荧光灯
荧光灯——冷光源，是由汞蒸汽放电产生的 紫外线(266nm)激发磷光物（荧光粉）发光。 缺点： 寿命短（<10000小时）因此成本较高 安全问题 汞气体、有毒、环境污染！ 优点： 价格适中（0.002US$/lm） 高的发光效率（>80 lm/W）和高的光通量 最重要的是通过三色的混合可获得任意色温
度/2004。其中照明用电约2.6千亿度，，。 2005年我国电力缺口约为2500万千瓦（2004全年新装机是5055万
千瓦，三峡装机容量980万千瓦/）。如果用半导体照明可节约一 个三峡电站 2020年我国的电力需求为4.6万亿千瓦时，其中年照明用电量约占 总发电量的15％，为5250亿千瓦时。
照明要使用多少能源？
美国每年大约使用3万亿度的电力。 其中的20%或六千亿度的电力用于发光照明。 白炽灯/卤素灯用去40%的电力却仅能产生15%的光源！ 荧光灯/高压放电灯用60%电力产生了85%的光源！ 照明市场约为US$600亿/年并缓慢地增长，~2%/年。 中国使用的电力约1.65万亿度/2002，1.91万亿度/2003，2.19万亿
半导体科学技术的新应用 －－半导体照明
几千年来，古今中外的人们一直依靠日光、月光和火光进 行照明，直到1879年爱迪生发明第一只白炽灯，真正意义 上的现代文明才得以开始。一百多年来，照明灯具飞速发 展，白炽灯、气体放电灯和各种不同类型的灯具把城市和 乡村照耀的五光十色，但在我们应用的灯具中（特别是灯
美国固态照明路线图
年份
2002
发光功效 lm/W 25
寿命 Khr
20
光通量 lm/灯
25
输入功率 W/灯
1
流明成本 $/Klm 200
灯成本 $/灯
5
彩色重现指数
75
市场进入 低光通量
2007 75 >20 200 2.7 20 4 80
白炽灯
2012 150 >100 1000 6.7 <5 <5 >80
三基色白光 紫外LED激 兰光LED激发
光源
发白光光源
白光光源
Ⅲ 族氮化物材料特点 Ⅲ -N是以InN、GaN和AlN三种基质材料构
成的合金半导体材料
InN(0.7eV )
GaN(3.4 eV)
AlN(6.2 eV)
InGaN(0.7 - 3.4 eV) AlGaN(3.4 – 6.2 eV)
AlxGa1-xInyN1-y (0.7-6.2eV) 宽广光学窗口：1.77m — 0.36m – 0.20m，全直接带隙
新型宽禁带半导体材料与器件研究 （第三代半导体材料与器件研究）
杜国同 吉林大学
半导体的发展历程 从半导体材料分：
第一代半导体 Ge 、Si 第二代 GaAs、InP直接带隙半导体 第三代 宽带隙 GaN、 ZnO等
1956年国家12年科学发展规划，高鼎三老师参加将半导体列 入科学发展规划。在我国首次研制成功Ge大功率整流器和 点接触二极管，成为我国现代半导体器件研究的开端（第一 代半导体）。
LED 白 光 照 明
蓝光LED激发黄色磷光体合成白光
优点 目前已有黄色的磷光体！
Binary Complimentary
磷光体具有好的温度稳定性
缺点
彩色重现性较差！
颜色的一致性与角度有关！
由于磷光体的转换效率、斯托克司频移 以及自身的吸收等因素限制了发光效率
YellBowluep+hLoEsDphor
LED 白 光 照 明
红、绿、蓝三色LED合成白光
优点 不需要磷粉进行光转换，发光效率较高； 可实现动态调节色温 非常好的彩色重现性 缺点 成本高 颜色随时间、温度的变化而退化或不稳定 由于是三个二极管构成白光，在发光过程中
需要对每个光源进行独立控制，颜色的混合 较难处理； 研究方向：一个芯片同时发红、绿、蓝三色。