半导体照明发光材料.ppt

《半导体照明发光材料.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六章半导体照明发光材料本章内容提要半导体照明是一种基于半导体发光二极管新型光源的固态照明，是21世纪最具发展前景的高技术领域之一，已经成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃。白光LED的发展，使发光材料的研究与应用进入了一个新的研究阶段。本章将介绍半导体照明、硅酸盐基质及氮化物基质白光LED发光材料。目录·前言6·1半导体照明6.1.1LED的发展概6.1.2LED的结构及工作原理6.1.3LED光源特点6.1.4照明用LED特性6.1.5LED产业链构成6·2半导体发光材料6.2.1砷化镓（GaAs）6.2.2氮化镓（GaN）6.2.3磷

2、化钾（GaP）6.2.4氧化锌（ZnO）6.2.5碳化硅（SiC）6·3半导体照明发光材料6.3.1铈掺杂钇铝石榴石6.3.2白光LED用发光材料的深入研究与新体系探索6.3.3硅酸盐发光材料6.3.4氮化物发光材料·课后习题前言半导体照明是指用全固态发光器件即发射白色的发光二极管———白光LED（lightemittingdiode）作为光源的照明技术。它利用固体半导体芯片作为发光材料，具有高效、节能、环保、寿命长、易维护、可靠性高等优点。白光LED的发展，是发光材料的研究与应用进入一个新的研究阶段。由于激发源是短波紫外、长波紫外或紫光发射的半导体，

3、且输出功率高，因此对发光材料性能会提出特定的要求，而针对这些特定要求开展白光LED专用发光材料的研究成为新的研究课题。6.1.1LED的发展历史罗塞夫lossew.o.w在1923年就发现了半导体SiC中偶然形成的p-n结的光发射1965年世界上的第一只商用化LED诞生，用锗制成，单价45美元，为红光LED，发光效率0.1lm/w1968年利用半导体搀杂工艺使GaAsP材料的LED的发光效率达到1lm/w,并且能够发出红光、橙光和黄光1971年出现GaP材料的绿光LED，发光效率也达到1lm/w80年代，重大技术突破，开发出AlGaAs材料的LED，发

4、光效率达到10lm/w1990年到2001年，AlInGaP的高亮度LED成熟，发光效率达到40—50lm/w1990年基于SiC材料的蓝光LED出现，发光效率为0.04lm/w90年代中期出现以蓝宝石为衬底的GaN蓝光LED，到目前仍然采用该技术6.1.2LED的结构及工作原理p电极（+）p型隔离层有源层n型隔离层n电极（-）n型衬底光图6-1LED的结构截面图图6-1为LED的结构截面图。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。为了使器件有好的光和载流子限制，大多采用双异质结（ＤＨ）结构。Ｌ

5、ＥＤ的核心部分是由ｐ型半导体和ｎ型半导体之间有一个过渡层，称为ｐ－ｎ结。其基本的工作原理是一光电转换过程————当一个正向偏压施加于ｐ－ｎ结势垒的降低，ｐ区的正电荷将向ｎ区扩散，ｎ区的电子也向ｐ区扩散，同时在俩个区域形成非平衡电荷的积累。对于一个真实的ｐ－ｎ结型器件，通常ｐ区的载流子浓度远大于ｎ区，致使ｎ区非平衡空穴的积累远大于ｐ区的电子积累（对于ｐ－ｎ结，情况正好相反）。由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的，对于ｐ－ｎ结系统，注入价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以光的形式向外辐射。6.1.３　ＬＥＤ光源特点１·工作寿命长：Ｌ

6、ＥＤ亮度半衰期通常可达１０万小时。２·耗电低：同等亮度下，耗电较小，大幅度降低能耗。３·响应时间快：LED一般可在几十纳秒内响应，因此是一种高速器件。４·体积小、质量轻、耐冲性：这是半导体固体器件的固有提点。5·易于调光、调色，可控性大：可以通过流过电流的变化控制亮度，也可以通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。并且，LED光源的应用，原则上不受空间的限制，可塑性极强，可以任意延伸，实现积木式拼装。6·绿色、环保：用LED制作的光源不存在诸如水银、铅等环境污染物。6.1.4　照明用LED特性LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前，已商

7、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。未来被看好的是三波长白色LED，即以无机紫外光芯片加红、蓝、绿、三种颜色荧光粉混合产生白光，他将取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及LED背光源等市场。LED性能的光电参数如表6-1所示。通用照明领域对白光LED的光电性能的基本要求如下：发光效率：约100lm/W（IF=350mA）；光通量：约500lm（=发光效率×正向电压×350mA）色温：3000~8000K；显色指数：大于80；寿命：1~5万小时。性能用途显示照明功能辐射光性能亮度或发光强度、光束角和发光强度分步、色品坐标、色纯度、主

8、波长有效光通量、发光效率（lm/W）、中心强度分布、色品坐标、色温、显色指数有效辐射功率、有效