用于制作发光二极管的半导体材料,常用的有哪些？

在可预见的将来，单晶硅仍是电子工业的首选材料，但砷化镓这位半导体家族新秀已迅速成长为仅次于硅的重要半导体电子材料。砷化镓在当代光电子产业中发挥着重要的作用，其产品的50%应用在军事、航天方面，30%用于通信方面，其余的用于计算机和测试仪器。砷化镓材料的特殊结构使其具备吸引人的优良特性。根据量子力学原理，电子的有效质量越小，它的运动速度就越快，而砷化镓中电子的有效质量是自由电子质量的1/15，只有硅电子的1/3。用砷化镓制成的晶体管的开关速度，比硅晶体管快1～4倍，用这样的晶体管可以制造出速度更快、功能更强的计算机。因为砷化镓的电子运动速度很高，用它可以制备工作频率高达1010赫兹的微波器件，在卫星数据传输、通信、军用电子等方面具有关键性作用。实际上，以砷化镓为代表的Ⅲ—Ⅳ族半导体，其最大特点是其光电特性，即在光照或外加电场的情况下，电子激发释放出光能。它的光发射效率比其他半导体材料高，用它不仅可以制作发光二极管、光探测器，还能制作半导体激光器，广泛应用于光通信、光计算机和空间技术，开发前景令人鼓舞。与任何半导体材料一样，砷化镓材料对于杂质元素十分敏感，必须精细纯化。和硅、锗等元素半导体不同的是它还要确保准确的化学配比，否则将影响材料的电学性质。基于以上原因，砷化镓单晶的制备工艺复杂，成本高昂。我国曾在人造卫星上利用微重力条件进行砷化镓单晶的生长，取得了成功。此外，薄膜外延生长技术，可以精确控制单晶薄膜的厚度和电阻率，在制备半导体材料和器件中越来越受到重视。

发光与发光材料的定义什么是发光： 1、当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处于激发态，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、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。 2、发光就是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，这种发射过程具有一定的持续时间。 什么是发光材料： 能够实现上述过程的物质叫做发光材料。 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；在实际应用中，将受外界激发而发光的固体称为发光材料。它们可以粉末、单晶、薄膜或非晶体等形态使用，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。 高纯稀土氧化物Y2O3、Eu2O3、Gd2O3、La2O3、Tb4O7等制成的各种荧光体，广泛应用于彩色电视机、彩色和黑白大屏幕投影电视、航空显示器、X射线增感屏,以及用于制作超短余辉材料、各种灯用荧光粉等。 半导体发光材料有ZnS、CdS、ZnSe和GaP、GaAs1-xPx、GaAlAs、GaN等。主要用于制造各色大中型数字符号、图案显示器、数字显示钟、X 射线图像增强屏和长寿命各色发光二极管、数码管等。可见光发光二极管，因显示响应速度快而广泛应用于仪表、计算机，年产量成倍增长，不断取代其他显示器件 编辑本段发光材料的主要分类发光的类型 发光材料的发光方式是多种多样的，主要类型有：光致发光、阴极射线发光、电致发光、热释发光、光释发光、辐射发光等。 发光背景知识 发光材料的形态 光学跃迁的理论模型 固体能带基本理论 固体中的光学跃迁 固体发光材料基本知识 发光的表征 编辑本段光致发光材料的应用 1． 反光材料 这种材料可以将照在其表面上的光迅速地反射回来。材料不同，反射的光的波长范围也就不同。反射光的颜色取决于材料吸收何种波长的光并反射何种波长的光，因此必须要有光照在材料表面，材料表面才能反射光，如各种执照牌、交通标志牌等。光致发光材料是向外发光，而不是反射光。 2． 荧光材料 吸收一定波长的光，立刻向外发出不同波长的光，称为荧光，当入射光消失时，荧光材料就会立刻停止发光。更确切地讲，荧光是指在外界光照下，人眼见到的一些相当亮的颜色光，如绿色、橘黄色、黄色，人们也常称它们为霓虹光。 荧光材料分无机荧光材料和有机荧光材料。 无机发光材料 无机荧光材料的代表为稀土离子发光及稀土荧光材料，其优点是吸收能力强，转换率高，稀土配合物中心离子的窄带发射有利于全色显示，且物理化学性质稳定。由于稀土离子具有丰富的能级和 4f 电子跃迁特性，使稀土成为发光宝库，为高科技领域特别是信息通讯领域提供了性能优越的发光材料。目前, 常见的无机荧光材料是以碱土金属的硫化物（如 ZnS、CaS）铝酸盐（SrAl2O4, CaAl2O4, BaAl2O4）等作为发光基质，以稀土镧系元素[铕(Eu) 、钐( Sm) 、铒(Er) 、钕(Nd)等] 作为激活剂和助激活剂。 无机荧光体的传统制备方法是高温固相法，但随着新技术的快速更新，发光材料性能指标的提高需要克服经典合成方法所固有的缺陷，一些新的方法应运而生，如燃烧法、溶胶—凝胶法[、水热沉淀法、微波法等。 有机发光材料 在发光领域中，有机材料的研究日益受到人们的重视。因为有机化合物的种类繁多，可调性好，色彩丰富，色纯度高，分子设计相对比较灵活。根据不同的分子结构，有机发光材料可分为：(1) 有机小分子发光材料；(2) 有机高分子发光材料；(3) 有机配合物发光材料。这些发光材料无论在发光机理、物理化学性能上，还是在应用上都有各自的特点。 有机小分子发光材料种类繁多，它们多带有共轭杂环及各种生色团，结构易于调整，通过引入烯键、苯环等不饱和基团及各种生色团来改变其共轭长度，从而使化合物光电性质发生变化。如恶二唑及其衍生物类，三唑及其衍生物类，罗丹明及其衍生物类，香豆素类衍生物，1,8-萘酰亚胺类衍生物，吡唑啉衍生物，三苯胺类衍生物，卟啉类化合物，咔唑、吡嗪、噻唑类衍生物，苝类衍生物等。它们广泛应用于光学电子器件、DNA诊断、光化学传感器、染料、荧光增白剂、荧光涂料、激光染料[7]、有机电致发光器件(ELD)等方面。但是小分子发光材料在固态下易发生荧光猝灭现象，一般掺杂方法制成的器件又容易聚集结晶，器件寿命下降。因此众多的科研工作者一方面致力于小分子的研究，另一方面寻找性能更好的发光材料，高分子发光材料就应运而生了。 有机高分子光学材料通常分为三类：(1) 侧链型：小分子发光基团挂接在高分子侧链上，(2) 全共轭主链型：整个分子均为一个大的共轭高分子体系，(3) 部分共轭主链型：发光中心在主链上，但发光中心之间相互隔开没有形成一个共轭体系。目前所研究的高分子发光材料主要是共轭聚合物，如聚苯、聚噻吩、聚芴、聚三苯基胺及其衍生物等。还有聚三苯基胺，聚咔唑，聚吡咯，聚卟啉[8]及其衍生物、共聚物等，目前研究得也比较多。 还可以把发光基团引入聚合物末端或引入聚合物链中间，Kenneth P. Ghiggino等把荧光发色团引入 RAFT 试剂，通过 RAFT 聚合，把荧光发色团连在聚合物上。从以上的各种发光聚合物中可以看出，多数是主链共轭的聚合，主链聚合易形成大的共轭面积，但是其溶解性、熔融性都降低，加工起来比较困难；而把发光基团引入聚合物末端或引入聚合物链中间时，又只有端基发光，分子量不会很大，若分子量很大，则发光基团在聚合物中含量低，荧光很弱。而侧链聚合物发光材料，是对主链共轭聚合物的有力补充。 3． 自发光体 这种材料经常被当作光致发光物体。自发光物体在黑暗中可发光，但事先不需要暴露在日光下。这些材料通常作为表盘上的发光标记以及用于长期发光的物体的制作，它们含有放射性元素。 4． 磷光物体 由于含有磷元素而发光，这种材料也经常被当成光致发光材料。 光致发光材料的应用： 光致发光粉是制作发光油墨、发光涂料、发光塑料、发光印花浆的理想材料。发光油墨不但适用于网印各种发光效果的图案文字，如标牌、玩具、字画、玻璃画、不干胶等，而且因其具有透明度高、成膜性好、涂层薄等特点，可在各类浮雕、圆雕（佛像、瓷像、石膏像、唐三彩）、高分子画、灯饰等工艺品上喷涂或网印，在不影响其原有的饰彩或线条的前提下大大提高其附加值。发光油墨的颜色有：透明、红、蓝、绿、黄等。 光致发光材料在安全方面上的应用是其最为普遍的。在安全方面，光致发光材料可用作安全出口指示标记、撤离标记等。在用作这些标记时，光致发光材料一定要经过严格检测，确保它们符合安全标准。光致发光材料应用在安全方面与装饰品或其它小物品上不同，要求发光材料保持最亮的光照度和持续时间长的照明。

作为全球最受注目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、短命命、无毒、可回收再应用等优点，被称为是21世纪最有开展前景的绿色照明光源。从1962年第一只红光半导体发光二极管诞生起，人们不断开发出橙、黄、绿等多种单色LED，并用于各种信号指示、标识、数码显示，逐步发展到小型LED显示屏等。它利用固体半导体芯片作为发光材料，当放出过剩的能量，引起光子发射，产生可应用半导体PN结发光源制成的LED，问世于20世纪60年代初，1964年红色发光二极管首先研发成功，黄色LED随之出现。全球第一款商用发光二极管（ LED）是在1965年用锗材料作成的，其单价为45美元。随后不久，Monsanto和惠普公司陆续推出了用GaAsP材料制作的商用化LED。这比一般60～100W白炽灯的151m低得多1991年业界采用MOCVD外延生长四元系材料，开发出高亮度发光二极管；1994年在GaN基片上研制出第一只蓝色的发光二极管；1997年通过蓝光激发荧光粉，做出第一只白光LED；2001年用紫外光激发荧光粉做成了白光LED。

一、全球产业格局呈现垄断局面，主要集中于日本与台湾地区。

半导体照明产业已形成以亚洲、美国、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。全球LED产业主要分布在日本、台湾两大地区，其中日本占据全球LED产值近50%台湾（包括台湾岛内及大陆分厂生产）LED产值2占全球LED产值的21%列第二。

二、国际大厂引领产业发展，利用技术优势占据高附加值产品的生产。

日本和美国两大区域的企业利用其在新产品和新技术领域中的创新优势，主要从事最高附加价值产品的生产。其中日本几乎垄断全球高端蓝、绿光LED市场，为全球封装产量第二大、产值第一大的生产地区。

三、产业投资继续加大，国际知名厂商间合作步伐加快，以占据有利市场地位。

四、我国已成为重要封装基地，海内外企业纷纷投资抢占国内巨大市场。

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