7.半导体照明发光材料
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5
发光原理
• 当发光材料受到激发（射线、高能粒子、电子束、 外电场等）后，将处于激发态，激发态的能量会通 过光或热的形式释放出来。如果这部分的能量是位 于可见、紫外或是近红外的辐射波长，此过程称之 为发光过程。
6
2. 半导体照明
• 半导体照明，亦称固态照明，是利用固体半导体芯 片作为发光材料(LED)，在半导体中通过载流子发生 复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、 黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
16
3. 半导体发光材料
• 半导体发光材料是发光器件的基础。
➢ 第一代的半导体材料以硅（包括锗）材料为主元素的半导 体占统治地位。
➢ 以砷化镓（GaAs）为代表的第二代化合物半导体材料显 示了其巨大的优越性。
➢ 氮化物（包括SiC、ZnO等宽禁带半导体）为代表的第三 代半导体材料，由于其优越的发光特征正式成为最重要的 半导体材料之一。
26
4. 白光LED发光材料
• 实现白光 LED 有多种方案，而光转换白光 LED 是 当今国内外的主流方案。白光 LED 的关键材料—— —高性能光转换荧光体的研发成为热点，因为它决 定白光 LED 的光电重要特性和参数。目前实现半导 体照明的有以下三种主要方法： • 1）采用蓝光 LED 激发黄光荧光粉，实现二 元混色白光； • 2）利用 UVLED 激发三基色荧光粉，有荧 光粉发出的光合成白光； • 3）基于三基色 LED 芯片合成白光。
23
来自百度文库 磷化镓
• GaP是人工合成的化合物半导体材料，是一种橙红 色透明晶体。磷化钾的晶体结构为闪锌矿型，晶格 常数为（5.447±0.06）Å，化学键是以共价键为主的 混合键，其离子键成分约为 20%，300 K时能隙为 2.26 eV，属间接跃迁半导体。
• 磷化镓为单晶材料和外延材料。工业生产的衬底单 晶均为渗入硫、硅杂质的n型半导体。磷化镓外延材 料是在磷化镓单晶衬底上通过液相外延或气相外延 加扩散生长的方法制得，多用于制造发光二极管。 液相外延材料可制造红色、黄绿色、纯绿色光的发 光二极管，气相外延加扩散生长的材料，可制造黄 色、黄绿色的发光二极管。
22
氮化镓的结构特征
• GaN是优良的光电子材料，可以实现从红外到紫外 全可见光范围的光发射和红、黄、蓝三原色具备的 全光固体显示。
• 强的原子键、高的热导率和强的抗辐射能力，其光 跃迁几率比间接带隙的高一个数量级。GaN具有较 高的电离度，极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点 材料，熔点约为1700C。
25
SiC
• SiC 的晶体结构可以包括立方（3C）、六方（2H、 4H、6H…）以及菱方（15R、21R…）等。它们在 能量上很接近，结构上由六角双层的不同堆积形成。 最常见的形式是 3C（闪锌矿结构 ZB）。目前器件 上用得最多的是 3C - SiＣ、4H- SiC 和6H-SiC。
• SiC 是目前发展最为成熟的宽带半导体材料。它有 效的发光来源于通过杂质能级的间接复合过程。
21
氮化镓(GaN)
• 氮化镓(GaN)是第三代半导体材料，具有更高的热导 率(GaN的热导率是GaAs的3倍)、化学稳定性好(不 易被腐蚀)和更强的抗辐射能力，因此使用氮化镓材 料制作的芯片可以承受更高的工作结温,同时具有更 高的击穿电场强度和的散热特性，以及拥有更大的 功率密度和放大器增益。
• GaN 是一种宽禁带半导体(Eg=3.4 ev)，自由激子束 缚能为25mev，具有宽的直接带隙，Ⅲ族氮化物半 导体InN、GaN 和AlN的三元合金的带隙可以从 1.9eV连续变化到6.2eV， 这相应于覆盖光谱中整个 可见光及远紫外光范围。
式中 Eg 的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在 380nm 紫光～780nm 红光），半导体材料的 Eg 应在 3.26～1.63eV 之间。 比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极 管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
11
传统发光二极管所使用的无机半导体物料
GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP
GaAsP
磷化镓 硒化锌 铟氮化 GaP ZnSe InGaN SiC 镓 碳化硅
氮化镓(GaN)
绿色
高亮度的橘红色，橙色， 黄色，绿色 红色，橘红色，黄色 红色，黄色，绿色
绿色，翠绿色，蓝色
12
LED的特点
• 高节能：同等亮度下，耗电较小，节能80%以上； • 寿命长：LED亮度半衰期通常可达10万小时。 • 响应快：可在几十纳秒内响应，是一种高速器件。 • 易调色：可以通过流过电流的变化控制亮度，也可
17
半导体发光材料的条件
1. 半导体带隙宽度与可见光和紫外光能量相匹配； 2. 只有直接带隙半导体才有较高的辐射复合概率 ； 3. 有好的晶体完整性、可以用合金方法调节带隙、有可用的p
型和n型材料以及可以制备能带形状预先设计的异质结构和 量子阱结构。
18
半导体照明材料的分代
• 以硅Si为代表的半导体材料为第一代半导体材料
➢ 广泛应用在数据运算领域和集成电路器件，硅基芯片传输 速度慢、功能单一。Si是间接能隙材料。
• 以砷化镓GaAs为代表的直接能隙材料为第二代半导 体材料
➢ 具有更高的电子迁移率和电子饱和速度，是制作高频、高 速、大功率的微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。
• 以氮化镓GaN为代表的宽带隙化合物半导体材料为 第三代半导体材料
7
LED的结构
• 发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成， 具有单向导电性。
要使LED发光，有源层的半导体材料必须是直接带隙材料，越过带隙的 电子和空穴能够直接复合发射出光子。
8
LED工作原理
• 当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和 由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的 电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
• 1879年爱迪生发明白炽灯（第一代）； • 直管荧光灯将电光源带入新天地（第二代）； • 高压钠灯大大提高了照度（第三代）； • LED将人类带入第四代照明技术。
4
发光与发光材料
• 物质内部以某种方式吸收能量，将其转化成光辐射 (非平衡辐射)的过程称为发光。
• 将受外界激发而发光的固体称为发光材料。主要组 分是稀土金属的化合物和半导体材料，与有色金属 关系很密切。
• 随着光电技术的进步，ZnO 作为第三代半导体以及新一 代蓝、紫光材料，引起了人们的广泛关注，特别是 p 型 掺杂技术的突破，凸显了 ZnO 在半导体照明工程中的 重要地位。尤其与 GaN 相比，ZnO 具有很高的激子结 合能（60 mev），远大于 GaN（21 meV）的激子结合 能，具有较低的光致发光和受激辐射阈值。
29
YAG 的晶体结构及性能
• 钇铝石榴石的化学式为Y3Al5O12，或写为 3Y2O3·5Al2O3，其中Y2O3为57.06wt%，Al2O3为 42.94wt%，是一种综合性能（包括：光学、力学和 热学）优良的激光基质。因为Nd:YAG具有较高的 热导率和抗光伤阈值，同时三价钕离子取代YAG中 的钇离子无需电荷补偿而提高激光输出效率，使它 成为用量最多、最成熟的激光材料。此外，为了寻 找新的激光波长，对YAG基质进行了Er、Ho、Tm、 Cr等的单独或组合掺杂，获得了数种波长的激光振 荡。
14
白光LED的特性
• LED重要的光学参数是：发光效率、光通量、发光 强度、光强分布、波长。
通用照明领域对白光LED的光电性能的基本要求如下： (1)发光效率：约 100 lm/W（IF=350 mA）； (2)光通量：约 500 lm（=发光效率×正向电压×350 mA） (3)色温：3 000~8 000 K； (4)显色指数：大于 80； (5)寿命：1~5 万小时。
27
铈掺杂钇铝石榴石
• 1993年，日本日亚化学公司的Nakamura 首次成功 研制出氮化物 LED，实现了蓝光半导体发光，并于 1996年以黄光系列的钇铝石榴石荧光粉配合蓝光发 光二极管，实现了白光 LED。由此开始，白光 LED 得到了广泛的应用。
28
YAG：Ce3+ 发光机理
• YAG：Ce3+ 发光机理来自基态 4f1和激发态5d1带间 允许的电子跃迁。发射光谱来自斯托克斯位移了的 2D带到 2F5/2（520 nm）和 2F7/2（580 nm）子能级的 跃迁。在室温下，两组发射线交叠，产生一个宽带， 能级如图6-3所示。由于 460 nm 附近的激发峰与蓝 光发光二极管的峰值波长一致，同时也接近效率最 高的二基色体现短波部分的波长（445 nm），而且 其发射光谱与补色相符合（570~590 nm），从而复 合产生白光。
半导体照明发光材料
内容
• 照明与发光材料概述 • 半导体照明 • 半导体发光材料 • 有机二极管发光材料
2
1. 人类照明的历史
• 火——从自然光到“热辐射光源”的跨越； • 油灯——延续历史几千年，从动物油到植物油，最
后又被煤油取代； • 电灯——人类照明史翻开崭新的一页。
中华第一灯
3
电光源的历史
LED材料 铝砷化镓 砷化镓 砷化 镓磷化物磷化铟镓 铝 磷化镓（掺杂氧化锌)
材料化学式
AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO
颜色 红色及红外线
铝磷化镓 铟氮化镓/氮 化镓 磷化镓 磷化铟镓 铝 铝磷化镓
磷化铝铟 镓砷化镓 磷 化物 磷化铟镓铝 磷化 镓
磷砷化镓
InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP
➢ 拥有前两代半导体材料无法比拟的优点，是固态光源、下 一代射频和电力电子器件的“核芯”，在半导体照明、消 费类电子、5G移动通信、智能电网、轨道交通、雷达探测 等领域将催生上万亿元潜在市场。
19
砷化镓(GaAs)
• 砷化镓是黑灰色固体，属闪锌矿结构，熔点为1237 ℃，禁带宽度 1.4 eV，是典型的直接能隙材料，发 射的波长在 900 nm左右，属于近红外区。用来制作 微波集成电路、红外线发光二极管、半导体激光器 和太阳-电池等元件。
以通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。 • 绿色环保：LED光源不存在汞、铅等污染物。
13
白光LED
• LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前， 已商品化的白光LED多以蓝光单芯片加上YAG黄光 荧光粉混合产生白光。由于黄光会刺激肉眼中的红 光和绿光受体，再混合LED本身的蓝光，使它看起 来就像白色光。
• 不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电 子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多， 则发出的光的波长越短。
9
LED发光
10
发光波长
• 注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被 发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
• 光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅ g 有关
30
YAG 的晶体结构及性能
• YAG属于立方晶系，它的晶格常数为1.2002 ，它的 分子式可以写成：L3B2（AO4）3，其中：L，A，B 分别代表3种格位。在单位晶胞中有8个Y3Al5O12分 子，一共有24个钇离子，40个铝离子，96个氧离子。 每个钇离子各处于由8个氧离子配位的十二面体的L 格位，16个铝离子各处于6个氧离子配位的八面体的 B格位，另外24个铝离子各处于由4个氧离子配位的 四面体的A格位。八面体的铝离子形成体心立方结构， 四面体的铝离子和十二面体的钇离子处于立方体的 面等分线上，八面体和十二面体都是变形的，其结 构模型见图6-2。石榴石的晶胞可看作是十二面体、 八面体和四面体的连接网。
20
砷化镓的特点
• GaAs拥有比Si还要好的电子特性，如高的饱和电子 速率及高的电子迁移率，使得GaAs可以用在高于 250 GHz的场合。如果等效的GaAs和Si元件同时都 操作在高频时，GaAs会拥有较少的噪声。也因为 GaAs有较高的击穿电压，所以GaAs比同样的Si元件 更适合操作在高功率的场合。
24
ZnO
• ZnO具有铅锌矿结构，a =0.325 33 nm，c =0.520 73 nm， z =2，空间群为C46ν-P63mc。作为一种宽带隙半导体材 料，其室温禁带宽带为 3.37 ev，自由激子束缚能为 60 meV。ZnO与GaN的晶体结构、晶格常量都很相似，晶 格失配度只有 2.2 %（沿<001>方向）、热膨胀系数差异 小，可以解决目前 GaN 生长困难的难题。
15
LED产业链构成
• LED产业链大致分为原材料（衬底）、外延片、芯 片、封装、及模块应用五个部分。
➢ LED五大原物料分别是指：晶片，支架，银胶，金线，环 氧树脂
➢ 外延片和芯片是LED产业技术的核心。外延片是在衬底上 生长出的半导体薄膜，薄膜主要由p型、量子阱、n型三个 部分构成；芯片是LED的核心组件，就是p-n结，主要功 能是把电能转化为光能。
发光原理
• 当发光材料受到激发（射线、高能粒子、电子束、 外电场等）后，将处于激发态，激发态的能量会通 过光或热的形式释放出来。如果这部分的能量是位 于可见、紫外或是近红外的辐射波长，此过程称之 为发光过程。
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2. 半导体照明
• 半导体照明，亦称固态照明，是利用固体半导体芯 片作为发光材料(LED)，在半导体中通过载流子发生 复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、 黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
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3. 半导体发光材料
• 半导体发光材料是发光器件的基础。
➢ 第一代的半导体材料以硅（包括锗）材料为主元素的半导 体占统治地位。
➢ 以砷化镓（GaAs）为代表的第二代化合物半导体材料显 示了其巨大的优越性。
➢ 氮化物（包括SiC、ZnO等宽禁带半导体）为代表的第三 代半导体材料，由于其优越的发光特征正式成为最重要的 半导体材料之一。
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4. 白光LED发光材料
• 实现白光 LED 有多种方案，而光转换白光 LED 是 当今国内外的主流方案。白光 LED 的关键材料—— —高性能光转换荧光体的研发成为热点，因为它决 定白光 LED 的光电重要特性和参数。目前实现半导 体照明的有以下三种主要方法： • 1）采用蓝光 LED 激发黄光荧光粉，实现二 元混色白光； • 2）利用 UVLED 激发三基色荧光粉，有荧 光粉发出的光合成白光； • 3）基于三基色 LED 芯片合成白光。
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来自百度文库 磷化镓
• GaP是人工合成的化合物半导体材料，是一种橙红 色透明晶体。磷化钾的晶体结构为闪锌矿型，晶格 常数为（5.447±0.06）Å，化学键是以共价键为主的 混合键，其离子键成分约为 20%，300 K时能隙为 2.26 eV，属间接跃迁半导体。
• 磷化镓为单晶材料和外延材料。工业生产的衬底单 晶均为渗入硫、硅杂质的n型半导体。磷化镓外延材 料是在磷化镓单晶衬底上通过液相外延或气相外延 加扩散生长的方法制得，多用于制造发光二极管。 液相外延材料可制造红色、黄绿色、纯绿色光的发 光二极管，气相外延加扩散生长的材料，可制造黄 色、黄绿色的发光二极管。
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氮化镓的结构特征
• GaN是优良的光电子材料，可以实现从红外到紫外 全可见光范围的光发射和红、黄、蓝三原色具备的 全光固体显示。
• 强的原子键、高的热导率和强的抗辐射能力，其光 跃迁几率比间接带隙的高一个数量级。GaN具有较 高的电离度，极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点 材料，熔点约为1700C。
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SiC
• SiC 的晶体结构可以包括立方（3C）、六方（2H、 4H、6H…）以及菱方（15R、21R…）等。它们在 能量上很接近，结构上由六角双层的不同堆积形成。 最常见的形式是 3C（闪锌矿结构 ZB）。目前器件 上用得最多的是 3C - SiＣ、4H- SiC 和6H-SiC。
• SiC 是目前发展最为成熟的宽带半导体材料。它有 效的发光来源于通过杂质能级的间接复合过程。
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氮化镓(GaN)
• 氮化镓(GaN)是第三代半导体材料，具有更高的热导 率(GaN的热导率是GaAs的3倍)、化学稳定性好(不 易被腐蚀)和更强的抗辐射能力，因此使用氮化镓材 料制作的芯片可以承受更高的工作结温,同时具有更 高的击穿电场强度和的散热特性，以及拥有更大的 功率密度和放大器增益。
• GaN 是一种宽禁带半导体(Eg=3.4 ev)，自由激子束 缚能为25mev，具有宽的直接带隙，Ⅲ族氮化物半 导体InN、GaN 和AlN的三元合金的带隙可以从 1.9eV连续变化到6.2eV， 这相应于覆盖光谱中整个 可见光及远紫外光范围。
式中 Eg 的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在 380nm 紫光～780nm 红光），半导体材料的 Eg 应在 3.26～1.63eV 之间。 比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极 管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
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传统发光二极管所使用的无机半导体物料
GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP
GaAsP
磷化镓 硒化锌 铟氮化 GaP ZnSe InGaN SiC 镓 碳化硅
氮化镓(GaN)
绿色
高亮度的橘红色，橙色， 黄色，绿色 红色，橘红色，黄色 红色，黄色，绿色
绿色，翠绿色，蓝色
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LED的特点
• 高节能：同等亮度下，耗电较小，节能80%以上； • 寿命长：LED亮度半衰期通常可达10万小时。 • 响应快：可在几十纳秒内响应，是一种高速器件。 • 易调色：可以通过流过电流的变化控制亮度，也可
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半导体发光材料的条件
1. 半导体带隙宽度与可见光和紫外光能量相匹配； 2. 只有直接带隙半导体才有较高的辐射复合概率 ； 3. 有好的晶体完整性、可以用合金方法调节带隙、有可用的p
型和n型材料以及可以制备能带形状预先设计的异质结构和 量子阱结构。
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半导体照明材料的分代
• 以硅Si为代表的半导体材料为第一代半导体材料
➢ 广泛应用在数据运算领域和集成电路器件，硅基芯片传输 速度慢、功能单一。Si是间接能隙材料。
• 以砷化镓GaAs为代表的直接能隙材料为第二代半导 体材料
➢ 具有更高的电子迁移率和电子饱和速度，是制作高频、高 速、大功率的微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。
• 以氮化镓GaN为代表的宽带隙化合物半导体材料为 第三代半导体材料
7
LED的结构
• 发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成， 具有单向导电性。
要使LED发光，有源层的半导体材料必须是直接带隙材料，越过带隙的 电子和空穴能够直接复合发射出光子。
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LED工作原理
• 当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和 由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的 电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
• 1879年爱迪生发明白炽灯（第一代）； • 直管荧光灯将电光源带入新天地（第二代）； • 高压钠灯大大提高了照度（第三代）； • LED将人类带入第四代照明技术。
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发光与发光材料
• 物质内部以某种方式吸收能量，将其转化成光辐射 (非平衡辐射)的过程称为发光。
• 将受外界激发而发光的固体称为发光材料。主要组 分是稀土金属的化合物和半导体材料，与有色金属 关系很密切。
• 随着光电技术的进步，ZnO 作为第三代半导体以及新一 代蓝、紫光材料，引起了人们的广泛关注，特别是 p 型 掺杂技术的突破，凸显了 ZnO 在半导体照明工程中的 重要地位。尤其与 GaN 相比，ZnO 具有很高的激子结 合能（60 mev），远大于 GaN（21 meV）的激子结合 能，具有较低的光致发光和受激辐射阈值。
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YAG 的晶体结构及性能
• 钇铝石榴石的化学式为Y3Al5O12，或写为 3Y2O3·5Al2O3，其中Y2O3为57.06wt%，Al2O3为 42.94wt%，是一种综合性能（包括：光学、力学和 热学）优良的激光基质。因为Nd:YAG具有较高的 热导率和抗光伤阈值，同时三价钕离子取代YAG中 的钇离子无需电荷补偿而提高激光输出效率，使它 成为用量最多、最成熟的激光材料。此外，为了寻 找新的激光波长，对YAG基质进行了Er、Ho、Tm、 Cr等的单独或组合掺杂，获得了数种波长的激光振 荡。
14
白光LED的特性
• LED重要的光学参数是：发光效率、光通量、发光 强度、光强分布、波长。
通用照明领域对白光LED的光电性能的基本要求如下： (1)发光效率：约 100 lm/W（IF=350 mA）； (2)光通量：约 500 lm（=发光效率×正向电压×350 mA） (3)色温：3 000~8 000 K； (4)显色指数：大于 80； (5)寿命：1~5 万小时。
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铈掺杂钇铝石榴石
• 1993年，日本日亚化学公司的Nakamura 首次成功 研制出氮化物 LED，实现了蓝光半导体发光，并于 1996年以黄光系列的钇铝石榴石荧光粉配合蓝光发 光二极管，实现了白光 LED。由此开始，白光 LED 得到了广泛的应用。
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YAG：Ce3+ 发光机理
• YAG：Ce3+ 发光机理来自基态 4f1和激发态5d1带间 允许的电子跃迁。发射光谱来自斯托克斯位移了的 2D带到 2F5/2（520 nm）和 2F7/2（580 nm）子能级的 跃迁。在室温下，两组发射线交叠，产生一个宽带， 能级如图6-3所示。由于 460 nm 附近的激发峰与蓝 光发光二极管的峰值波长一致，同时也接近效率最 高的二基色体现短波部分的波长（445 nm），而且 其发射光谱与补色相符合（570~590 nm），从而复 合产生白光。
半导体照明发光材料
内容
• 照明与发光材料概述 • 半导体照明 • 半导体发光材料 • 有机二极管发光材料
2
1. 人类照明的历史
• 火——从自然光到“热辐射光源”的跨越； • 油灯——延续历史几千年，从动物油到植物油，最
后又被煤油取代； • 电灯——人类照明史翻开崭新的一页。
中华第一灯
3
电光源的历史
LED材料 铝砷化镓 砷化镓 砷化 镓磷化物磷化铟镓 铝 磷化镓（掺杂氧化锌)
材料化学式
AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO
颜色 红色及红外线
铝磷化镓 铟氮化镓/氮 化镓 磷化镓 磷化铟镓 铝 铝磷化镓
磷化铝铟 镓砷化镓 磷 化物 磷化铟镓铝 磷化 镓
磷砷化镓
InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP
➢ 拥有前两代半导体材料无法比拟的优点，是固态光源、下 一代射频和电力电子器件的“核芯”，在半导体照明、消 费类电子、5G移动通信、智能电网、轨道交通、雷达探测 等领域将催生上万亿元潜在市场。
19
砷化镓(GaAs)
• 砷化镓是黑灰色固体，属闪锌矿结构，熔点为1237 ℃，禁带宽度 1.4 eV，是典型的直接能隙材料，发 射的波长在 900 nm左右，属于近红外区。用来制作 微波集成电路、红外线发光二极管、半导体激光器 和太阳-电池等元件。
以通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。 • 绿色环保：LED光源不存在汞、铅等污染物。
13
白光LED
• LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前， 已商品化的白光LED多以蓝光单芯片加上YAG黄光 荧光粉混合产生白光。由于黄光会刺激肉眼中的红 光和绿光受体，再混合LED本身的蓝光，使它看起 来就像白色光。
• 不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电 子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多， 则发出的光的波长越短。
9
LED发光
10
发光波长
• 注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被 发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
• 光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅ g 有关
30
YAG 的晶体结构及性能
• YAG属于立方晶系，它的晶格常数为1.2002 ，它的 分子式可以写成：L3B2（AO4）3，其中：L，A，B 分别代表3种格位。在单位晶胞中有8个Y3Al5O12分 子，一共有24个钇离子，40个铝离子，96个氧离子。 每个钇离子各处于由8个氧离子配位的十二面体的L 格位，16个铝离子各处于6个氧离子配位的八面体的 B格位，另外24个铝离子各处于由4个氧离子配位的 四面体的A格位。八面体的铝离子形成体心立方结构， 四面体的铝离子和十二面体的钇离子处于立方体的 面等分线上，八面体和十二面体都是变形的，其结 构模型见图6-2。石榴石的晶胞可看作是十二面体、 八面体和四面体的连接网。
20
砷化镓的特点
• GaAs拥有比Si还要好的电子特性，如高的饱和电子 速率及高的电子迁移率，使得GaAs可以用在高于 250 GHz的场合。如果等效的GaAs和Si元件同时都 操作在高频时，GaAs会拥有较少的噪声。也因为 GaAs有较高的击穿电压，所以GaAs比同样的Si元件 更适合操作在高功率的场合。
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ZnO
• ZnO具有铅锌矿结构，a =0.325 33 nm，c =0.520 73 nm， z =2，空间群为C46ν-P63mc。作为一种宽带隙半导体材 料，其室温禁带宽带为 3.37 ev，自由激子束缚能为 60 meV。ZnO与GaN的晶体结构、晶格常量都很相似，晶 格失配度只有 2.2 %（沿<001>方向）、热膨胀系数差异 小，可以解决目前 GaN 生长困难的难题。
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LED产业链构成
• LED产业链大致分为原材料（衬底）、外延片、芯 片、封装、及模块应用五个部分。
➢ LED五大原物料分别是指：晶片，支架，银胶，金线，环 氧树脂
➢ 外延片和芯片是LED产业技术的核心。外延片是在衬底上 生长出的半导体薄膜，薄膜主要由p型、量子阱、n型三个 部分构成；芯片是LED的核心组件，就是p-n结，主要功 能是把电能转化为光能。