LED

logo四：LED小白你可以的•爱迪生灯泡的发明,实现了人类历史上照明方法的一次革命,它为人类的各种活动带来了前所未有的便利,为人类文明的发展起了巨大的推动作用.经过近30多年的努力,以化合物半导体材料为发光元件的半导体固态照明有望在未来的十几年内进入传统的以灯泡为基础的照明领域,引发照明方法的又一次伟大革命。•20世纪60年代末首只磷砷化镓(GaAsP)红色的发光二极管（Lightemittingdiodes，简称LED）问世以来，经过近40年的努力，半导体照明材料科研和产业得到迅速发展。在21世纪，LED将在显示、照明领域扮演重要角色，而半导体发光材料产业也将受到了各国政府的大力支持。Contents目录历史与原理材料的选择主要应用发展现状PartOne历史与原理01碳化硅里观察到电致发光现象；锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光.1-1发展史英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。1-2工作原理•它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光机理是靠电子在能带间跃迁产生光,这种发光效应属注入电致发光,其发光波长主要由材料的禁带宽度决定。发光二极管主要由一个PN结组成，在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把能量以光的形式释放出来，从而直接把电能转换成光能。电流从LED的阳极流向阴极的时候，半导体晶体就发出从红外到紫外不同颜色的光线，其中光的强弱与电流有关。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。LED(LightEmittingDiode)PartTwo材料02pn结注入的少数载流子与多数载流子复合发光时，释放的光子能量小于带隙宽度。因此，晶体的带隙宽度必须大于所需发光波长的光子能量。带隙宽度合适为制备优良的pn结，要有p型和n型两种晶体，而且这两种晶体的电导率应该较高。电导率高的p型和n型晶体晶体的不完整性对发光现象有很大影响。不完整性是指能缩短少数载流子寿命并降低发光效率的杂质和晶格缺陷。因此需要完整性好的优质晶体。完整性好的优质晶体发光领域多用直接带隙材料，且有较高的发光效率。电子(空穴)的迁移率比间接带隙材料要高。直接带隙2-1材料的条件半导体材料GaN及SiC为代表的宽禁带半导体(Eg2.3eV)相比第一代、第二代半导体材料,第三代半导体材料有很多重要的优点,例如:禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度快、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性良好等。这些优良的性能使其在光电器件、大功率高温电子器件等方面备受青睐第三代半导体材料2-2材料的选择2-3第三代半导体材料GaN金刚石ZnOSiCSiCSiC是开发最早的宽禁带半导体材料,在现今已开发的宽禁带半导体中,SiC是技术发展最成熟的一种。SiC晶体结构具有同质多型的特点,即在化学计量成分相同的情况下具有不同的晶体结构,各同质异型体之间的化学性质相同,但在物理性质,特别是半导体性能方面则表现出各自的特性。SiC属间接带隙半导体,导致SiCLED的发光效率都较低,但是由于研究得很早,所以制造工艺比较成熟,且SiC蓝色LED有耐高温、抗辐射损伤、耐高电压击穿和高频特性好等优点,因此仍得到广泛使用。GaNⅢ-Ⅴ化合物中的GaN、AlN和立方氮化硼等都是比较常见的宽禁带半导体材料,在LED领域应用得最多的是GaN。与SiC相比,GaN具有其独特的优势:①是直接带隙半导体材料;②电子迁移率是SiC的2倍;③无微管缺陷;虽然发展相对较晚,但是GaN半导体工艺近20年来发展态势极为迅猛,已成为光电领域应用最广泛的第三代半导体材料。不过单晶GaN衬底的价格到目前为止还是非常昂贵的(5.08cm(2in)衬底,＄3000～7000/片),这无疑阻碍了GaN半导体器件的商业化进程。人们正在尝试采用蓝宝石衬底,它是迄今为止最便宜而且很实用的GaN器件衬底。现在另一种降低成本的新方法就是采用Si作GaN生长的衬底,取得了良好的效果。ZnOZnO是继GaN以后出现的又一种很有应用前景的宽禁带半导体材料,它在某些方面具有比GaN更优越的性能,如:熔点更高、外延生长温度低、成本低、易刻蚀而使后继工艺加工更方便等。ZnO晶体结构共有3种:六角纤锌矿结构、四方岩盐矿结构和闪锌矿结构。其中六角纤锌矿结构为稳定相结构,也是应用前景最为广阔、研究最为深入的一种结构。本征ZnO是高阻材料,电阻率高达1012Ψ·cm,室温禁带宽度为3.37eV,禁带宽度对应紫外光的波长,且可用Mg和Cd掺杂从3～4.5eV调节带隙,因此可以制作蓝光、绿光、紫光等多种发光器件。ZnO资源丰富、热稳定性好的优势决定了ZnO在LED领域具有巨大潜力。金刚石金刚石被认为是颇具潜力的第三代半导体材料,因为它具有5.47eV的超宽带隙,自由激子结合能为80meV,因此成为短波段LED重点开发的发光材料。金刚石是间接带隙半导体,所以发光效率比较低。金刚石蓝色LED由于发光效率和发光强度太低,在蓝色LED的制造当中并没有太大的竞争力。但是金刚石紫外LED的前景却很被看好。PartThree应用033-1主要应用LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、三色和单色显示屏，全国共有100多个单位进行开发生产。显示屏交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED。因为采用LED信号灯既节能，可靠性又高，所以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代。交通信号显示光源3-2主要应用汽车用LED包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。1987年我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快，可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故。在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP公司在1996年推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED显示。汽车工业3-3主要应用LED以高效侧发光的背光源最为引人注目。LED作为液晶屏（LCD）背光源，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点，已广泛应用于电子手表、手机、电子计算器和刷卡机上。LED是手机关键器件，一部普通手机或小灵通手机约需使用10只LED器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20只LED器件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35亿只LED芯片。我国手机生产量很大，目前大部分LED背光源依靠进口。LED背光源3-4主要应用目前能生产照明光源的公司较少，居于领先水平的公司主要有日本的日亚（NICHIA）、美国科瑞（CREE）、欧洲的欧斯朗（OSRAM）等。这些大厂凭借其原创性专利，垄断了目前全部白光LED前沿技术，其产品占有市场绝大多数份额。日亚公司是全世界研究和生产LED的“顶尖”单位，十余年来其氮化镓基的研究和开发水平一直领先其他单位2~3年。左图为备受瞩目的人民大会堂万人礼堂满天星LED照明光源改造项目顺利完成，并成功通过工程验收。照明光源PartFour现状044-1世界各地对LED发展政策日本.于1998年开始实施以高效紫外LED和荧光系统为基础的“21世纪光计划”国家工程，1998～2002年间耗费50亿日元推行白光照明。日本计划到2010年使得LED的发光效率达到120lm/W，在2006年底用白光LED照明替代50%的传统照明。美国能源部设立了由13个国家重点实验室、公司和大学参加的“半导体照明国家研究项目”，计划从2000年到2010年，耗资5亿美元开发半导体照明。美国欧盟则委托6个大公司和2个大学，开展多色光源的“彩虹计划”，该计划已在2000年7月启动，计划通过欧洲共同体的补助金来推广白光LED的应用。欧洲4-2发展计划4-4我国的发展我国与国际先进水平的差距不大，但在产业化方面却有较大差距。为此，国家已在大连、上海、南昌、厦门和深圳5个城市启动国家半导体照明产业化基地建设。2004年7月3日，科技部宣布正式启动“国家半导体照明工程”首批50个项目。根据“国家半导体照明工程”计划，2007年起我国半导体照明将逐步取代白炽灯，2012年后取代荧光灯。我国LED产业诞生于20世纪70年代，起步较早。我国自主研制的第一只发光二极管，比世界上第一只发光二极管仅仅晚几个月。开端发展现状谢谢小白你可以的