Prospects-for-LED-lighting

凭借半导体的发展，直到最近才使得基于可靠性和能源有效利用的LED的白光资源被利用（图一向我们展示的是一个正在发光的白光LED）。通过往材料中的传导带注入电子以及为电子衰落提供价带中的低能站点，可以使半导体材料发光。因此，创建一种有颜色的光与导带和价带间的能隙相一致，也叫做能带隙。发光二极管是一个电子器件集成电访问的能带结构和允许有效光带LED本质上由3层不同类型的材料组成，分层互相在彼此的上方。底层有高度集中的自由电子（(例如：n型氮化镓掺杂硅），紧随其后的是带隙宽度不同的两种薄层材料交替生长在一起(1–30nm)，也叫做量子井。窄带隙薄层被包夹在宽带隙材料中间，创造一个井，允许其空间中的电子和空穴有效地重组，产生窄带隙波长的光。在这个放射层之上的一层，是高浓度空穴材料。直到现在，唯一高亮度的LED只能发射红光，然而对于白光，需要两种或两种以上的波长来产生一个光的宽广谱，它是一个更好的近似黑体的辐射曲线，例如太阳的光线。产生额外的颜色的一种方式是一种材料，它吸收一种波长的光并且发射出更长的波长。荧光粉被广泛用来做这项任务，并且挑选出的一小部分受到极大的关注，就像掺稀土钇、铝石榴石。例如,掺铈钇铝石榴石能吸收蓝色和紫外线和发出黄色的光。对于这个过程十分重要的是高能光（例如紫光或蓝光）转化为低能光（如黄光或红光）。因此，LED产生的红光不能用于荧白光一代使用荧光粉；相反的，短波的紫光或蓝光LED是必须的。在初期尝试生产蓝射半导体时集中在SiC上，但这些装置被证明不够高效因为材料的间接能带隙。GaN革命因此提供了足够的紫外线，紫光和蓝光发射器。GaN是直接能带隙半导体材料具有3.45-eV的能带隙，它接近紫光（364nm）。20世纪60年代末期，RCA的PM和JP后来几年又加上IA和他的合作者日本名古屋大学的中村修二首先研究出GaN是LEDs的潜在材料。经过很多年的研究，在1986年，高质量GaN的发展给外来杂质蓝宝石（(Al2O3）带来了巨大的进步，然后通过证明在GaN中掺杂Mg具有P型导电性，是材料在post-growthAnneal方面活跃。这个重大突破促使在1992年诞生了第一个高效蓝光LEDs，紧接着在1995年诞生了第一个可用的蓝光和绿光LEDs，效率提高了10%。最新发展还生产了高亮度，但还不高效的黄光LEDs。很大程度上由于这些成就，现在已经可以用LEDs生产白光了。三个最流行的方法如表二所示。这而是带有黄色荧光的蓝光LED；带有蓝色和黄色荧光的紫色LED；和混合红绿黄三色LED的装置。表2b显示了以两种荧光粉为基础的LED和自然光的光谱。