材料课件第九章半导体光电子材料

第九章半导体光电子材料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8.1半导体激光材料1962年，GaAs激光二极管的问世，作为半导体光电子学的开端。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产生激光的条件1.形成粒子数反转，使受激辐射占优势2.具有共振腔以实现光量子放大3.外界输入能量至少要达到阈值，使激光管的增益至少等于损耗LD材料GaAs基InP基GaN基GaSb基8.2半导体显示材料发光二极管（LED）电致发光显示8.2.1发光二极管LED发光二极管Light-EmittingDiode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。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、蓝光激光器高容量蓝光DVD、激光打印和显示、军事领域等LED照明的优点发光效率高，节省能源耗电量为同等亮度白炽灯的10%-20%，荧光灯的1/2。绿色环保冷光源，不易破碎，没有电磁干扰，产生废物少寿命长寿命可达10万小时固体光源、体积小、重量轻、方向性好单个单元尺寸只有3~5mm响应速度快，并可以耐各种恶劣条件低电压、小电流半导体照明明是21世世纪最具发发展前景的的高技术领领域之一地区＼条件·效益

条件

能源节约

降低二氧化碳排放

美国

5％白炽灯及55％日光灯被白光LED取代

每年节省350亿美元电费。

每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量。

日本

100％白炽灯被白光LED取代

可少建1-2座核电厂。

每年节省10亿公升以上的原油消耗。

台湾

25％白炽灯及100％日光灯被白光LED取代

节省110亿度电，约合1座核电厂发电量。

美国半导体体照明计划划从2000年起国家家投资5亿亿美元到2010年55%的白炽炽灯和荧光光灯被半导导体灯取代代每年节电达达350亿亿美元2015年年形成每年年500亿亿美元的半半导体照明明产业市场场日本21世世纪照明计计划投入资金50亿日元元到2007年30%的白炽炽灯被置换换为半导体体照明灯欧盟彩虹计计划应用半导体体照明实现现：高效节能不使用有害害环境的材材料模拟自然光光韩国“固态态”照明计计划2004年年-2008年韩国国政府计划划投入1亿亿美元，企企业提供30%配套套资金，近近期开始实实施，预计计2008年LED的发光效效率达到80lm/W我国有近百百名专家（（两院院士士）联名向向国务院呼呼吁，以三三峡工程的的5%费用用，支持我我国的半导导体照明产产业。国家启动国国家半导体体照明工程程用5-10年的时间间的努力，，1/3照照明应用半半导体照明明，每年可可以节约的的电量1000亿度度，多于一一个三峡水水电站的发发电量（800亿度度）中国专家的的呼吁高亮度白光光LED的实现基于蓝光LED，通过黄色色荧光粉激激发出黄光光，组合成成为白光通过红、绿绿、蓝三种种LED组合成为白白光基于紫外光光LED，通过三基基色粉，组组合成为白白光Ge：Eg＝0.67eV红红光GaP：Eg＝2.25eV绿绿光GaN：Eg＝3.4eV蓝蓝光光日亚公司1994年年首创用MOCVD制备了GaNLED市场分布分分析2003年年全球GaN基LED芯片产产量按全球LED市场划划分，目前前市场主要要集中在日日本、美国国、欧洲等等发达国家家和地区，，仅日本、、美国市场场就占到全全球的60％以上。。按应用领域域划分，目目前，高亮亮度LED主要用途途及市场有有显示器背背光源（如如手机、PDA）、、标志（如如户外显示示）、景观观照明、汽汽车、电子子设备、交交通信号灯灯及照明等等。8.2.2电致发发光材料电致发光又又称为场致致发光，与与LED的的低电场结结型发光相相比，是一一种高电场场作用下发发光。电致发光材材料分为粉粉末发光材材料和薄膜膜发光材料料1）粉末发光光材料半导体粉末发发光材料的发发光特性主要要由一线特殊殊杂质作为激激活剂和共激激活剂所决定定的ZnS粉末，，常用Cu作作为激活剂；；Al，Ga，In等作作为共激活剂剂常用的电致发发光粉末材料料ZnS:Mn,Cu----发黄光光ZnS:Ag----发发蓝光ZnS:Cd,Ag----发红、、绿光2）薄膜发光光材料薄膜发光材料料发光机理和和粉末材料基基本相同但薄膜材料可可以在高频电电压下工作，，发光亮度也也较高常用薄膜电致致发光材料ZnS:Mn----发发黄光ZnS:Tb----发发绿光ZnS:Mn-----发蓝光8.2.3阴阴极射线发发光材料阴极射线管是是将电信号转转换成光学图图像的电子束束管，常见的的彩色电视显显像管它的光电转换换是通过其中中的荧光屏来来实现的；所用蓝粉和绿绿粉以ZnS为主8.3太阳阳能电池材料料Si电池材料料化合物半导体体材料8.3.1Si电池材材料单晶Si电池池多晶硅电池带状硅电池薄膜硅电池材材料8.3.2化化合物半导导体材料CuInSe2电池CdTe电池池；GaAs电池池GaSb电池池谢谢观看