4光电材料研究现状

光电材料是指用于制造各种光电设备（主要包括各种主、光电传感器光信息处理和 装置及光通信等）的材料，主要包括半导体材料、红外探测材料、激光材料、光纤材料、非线性光学材料等。2（一）新型光电子材料及相关基础材料、关键设备和特种光电子器件1、光电子基础材料、生长源和关键设备突破新型生长源关键技术，掌握相关的检测技术；突破半导体光电子器件的基础材料技术，实现。举例：四氯化硅(4N)的纯化技术和规模化生产技术(6N)

铟规模化生产技术我国在该技术领域重点支持的研究内容33)衬底材料 与加工技术重点研究开发外延用蓝宝石、GaN、SiC等衬底材料的高标抛光 技术（Epi-ready级）；大尺寸（>2"）蓝宝石衬底材料技术切割和 。蓝宝石基GaN器件技术。4)

用于平板显示的光电子基础材料与关键设备技术大面积(对角线>14″)的定向排列碳纳米管或纳米棒薄膜生长的用的新型高效荧光粉的;等离子体平板显示。452、新型半导体材料与光电子器件技术重点研究自组装半导体量子点、AlxCa1-xN、GaN、ZnO晶体和低维量子结构、窄禁带氮化物等新型半导体材料及光电子器件技术。举例：研究AlxCa1-xN、GaN、ZnO晶体、低维量子结构材料技术，研制短波长光电子器件自组装量子点激光器技术Ⅲ-Ⅴ族窄禁带氮化物材料及器件技术光泵浦外腔式面发射半导体激光器4、

光电子材料与器件

质量控制技术发展人工晶体与全固态激光器、GaN基材料及器件表征评价技术，解决 质量控制。研究内容：重点研究人工晶体与全固态激光器、GaN基材料及器件质量监测新方法与新技术，相关产品测试条件与数据。65、光电子材料与器件的微观结构设计与性能预测研究提出光电子新材料、新器件的构思，为原始创新提供理论概念与设计举例：针对光电子技术的发展需求，结合本 的研制任务，采用建立分析模型、进行计算机模拟，在不同尺度（从原子、分子到纳米、介观及宏观）范围内，阐明材料性能与微观结构的关系，以利性能、结构及工艺的优化。解释材料 实验中的新现象和问题， 新结构、新性能，预报新效应，以利材料研制的创新。低维量子结构材料新型表征评价技术和设备。7（二）通信用光电子材料、器件与集成技术1、集成光电子

和模块技术研究目标：突破并掌握用于光电集成(OEIC)、光子集成(PIC)与微光电机械(MOEMS)方面的材料和 的关键工艺技术，以典型器件的研制带动研究开发工艺平台的建设和完善，探索集成光电子系统设计和工艺制造协调发展的途径，促进 、模块和组件的 。892、通信光电子关键器件技术研究目标：针对干线高速通信系统和密集波分复用系统、全光网络以及光接入网系统的需要，重点进行一批技术含量高、市场前景广阔的目标产品和单元技术的研究开发，迅速促进相应产品系列的形成和规模化生产，显著提高我国通信光电子关键器件产业的综合竞争能力。3、光纤制造新技术及新型光纤研究目标：研究开发并掌握具有自主知识的光纤预制棒制造技术；研究开发新一代通信光纤，推动光纤通信系统在高速、大容量骨干网以及接入网中的应用。研究内容和主要指标：光纤预制棒制造新技术；新型特种光纤。1011（三）面向信息获取、处理、利用的光电子材料与器件1．GaN材料和器件技术研究目标：重点突破用于蓝光激光器衬底的GaN体单晶生长技术。研究内容及主要指标：大面积、高质量GaN体单晶生长技术。2、亮度全色显示材料与器件应用技术研究开发用于场致电子发射平板显示器（FED）材料和器件结构，以及 亮度极发光 作和应用的

。说明：等离子体平板显示器和高亮度、长有机发光器件（OLED）和FED的将于"平板显示专项"中考虑。研究内容及主要指标：亮度 极发光 作和应用的;研制FED用的、能够在低电压下工作的新型 极电子源结构、新型极电子发射材料。123、密度光

材料与器件技术DVD光头用光源和非球面透镜等；新型近场光

材料和器件。134、光传感材料与器件技术研究目标：以特殊环境应用为目的，实现传感元器件的技术开发；研究开发新型光电传感器。研究内容及主要指标：

光纤光栅温度、压力、振动传感器的技术;锑化物半导体材料及室温无制冷红外焦平面探测器技术;大气监测用高灵敏红外探测器及其列阵;基于新概念、新原理的光电探测技术。14红外材料红外材料主要有两类：红外探测材料和红外透波材料。红外探测材料包括硫化铅、锑化铟、锗掺杂（金、）、碲锡铅、碲镉、硫酸三甘酞、钽酸锂、锗酸铅、氧化镁等一系列材料，锑化铟和碲镉是目前红外光电系统采用的主要红外探测材料，特别是碲镉（H-Te）材料，是当前较成熟也是各国侧重研究发展的主要红外材料。它可应用于从近红外、中红外、到远红外很宽的波长范围，还具有以光电导、光伏

特及光磁电等多种工作方式工作的优点，但该材料也存在化学稳定性差、难于制成大尺寸单晶、大面积均匀性差等缺点，H-Te现已进入薄膜材料研制和应用阶段，为了克服该材料上述的缺点，国际上探索了新的技术途径：（1）用各种薄膜外延技术 大尺寸晶片，这些技术包括分子束外延（MBE）、液相外延（LPE）和金属有机化合物气相淀积（MOCVD）等。特别是用MOCVD可以制出大面积、组分均匀、表面状态好的H -Te薄膜，用于 大面积焦平面阵列红外探测器。国外用MOCVD法已制成面积大于5cm2、均匀性良好、Δx=0.2±0.005、工艺重复性好的碲镉

单晶薄膜，64×64焦平面器件已用于型号系统、512×512已有样品。15（2）寻找高性能新红 材料-Te，主要包括：①Hg-Mn-Te和Hg-Zn-Te，和从80年代中就开展了这方面的研究研究表明，HgTe和Hg1-x

CdxZnyTe的光学特性和碲镉

很相似，但较容易获得大尺寸、低缺陷的单晶，化学稳定性也更高。g1-xMnxTe是磁性半导体材料，在磁场中的光伏特性与碲镉 几乎相同，但它克服了Hg-Te弱键引起的问题。②高温超导材料，现处于研究开发阶段，已有开发成功的产品。③Ⅲ-V超晶格量子阱化合物材料，可用于8～14μm远红外探测器，如：InAs/GaSb（应变层超晶格）、GaAs/AlGaAs（量子阱结构）等。④SiGe材料，由于SiGe材料具有许多独特的物理性质和重要的应用价值，又与Si平面工艺相容，因此引起了微电子及光电子的高度重视。SiGe材料通过控制层厚、组分、应变等，可材料的光电性能，开辟了硅材料人工设计和能带工程的新，形成国际性研究热潮。Si/GeSi异质结构应用于红外探测器有如下优点：截止波长可在3～30μm较大范围内调节，能保证截止波长有利于优化响应和探测器的冷却要求。Si/GeSi材料的缺点在于量子效率很低，目前利用多个SiGe层来解决这一问题。16175、有机光电子材料及器件研究开发新型有机半导体材料及其在光显示等领域的应用。有机非线性光学材料及其在全光光开关中的应用;有机半导体薄膜晶体管材料与器件技术。6.光电转换通过光生伏打效应将于制作 能电池。工作原理能转换为电能的材料。主要用是一个巨大的能源库，地球上一年中接收到的 能高达1.8×1018千瓦时。研究和发展光电转换材料的目的是为了利用 能。

光电转换材料的工作原理是将相同的材料或两种不同的半导体材料做成PN结电池结构，当 光照射到PN结电池结构材料表面时形成新的空穴-电子对在p-n结电场的作用下空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区?接通电路后就形成电流。这就是光电材料的工作原理。18目前运用最广的是能电池，其发电系统主要由能电池板、能控制器蓄电池及逆变器组成。能电池板能电池板是

能发电系统中的部分，也是能发电系统中价值最高的部分。其作用是将

能转化为电能或送往蓄电池中起来或推动负载工作。能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。能控制器能控制器的作用是

系统的工作状态并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方合格的控制器还应具备温度补偿的功

能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

蓄电池一般为铅酸电池，一般有12V和24V这两种小微型系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将

能电池板所发出的电能

起

来到需要的时候再

出来。逆变器在很多场合都需要提供AC220V、

AC110V的交流电源。由于

能的直接输出一般都是DC12V、DC24V、

DC48V。为能向AC220V的电器提供电能，需要将

能发电系统所发出的

直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合需要使用多种电压的负载时也要用到DC-DC变换器，如将24VDC的电能转换成

5VDC的电能。发电方式19能发电有两种方式：一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。光—热—电转换方式通过利用

辐射产生的热能发电。一般是由

能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程，后一个过程是热—电转换过程与普通的火力发电一样。

能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。一座1000MW的

能热电站需要投资20~25亿 ，平均1kW的投资为2000~2500

。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合。而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。[1]光—电直接转换方式该方式是利用光电效应将

辐射能直接转换成电能光—电转换的基本装置就是

能电池。

能电池是一种由于光生伏特效应而将

光能直接转化为电能的器件是一个半导体光电二极管当

光照到光电二极管上时光电二极管就会把的光能变成电能?产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的

能电池方阵了。

能电池是一种大有前途存在?

能电池就可以一次投资而长期使用?与火力发的新型电源?具有

性、清洁性和灵活性三大优点.

能电池

长?只要电、核能发电相比?

能电池不会引起环境污染?能电池组?能电池可以大中小并举?大到百万千瓦的中型电站小到只供一户用的这是其它电源无法比拟的。能电池的应用领域

[1]1.用户能电源小型电源不等用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电如照明、电视、收录机等家庭屋顶并网发电系统。光伏水泵解决无电地区的深水井饮用、灌溉。2.

交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空

灯、高速公路/铁路无线

亭、无人值守道班供电等。3.

通讯/通信领域光伏系统、小型通信机、士兵GPS供能无人值守微波中继站、光缆

站、广播/通讯/寻呼电源系统

农村载波电等。4.

石油、海洋、气象领域石油管道和水库阴极保护

能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。5..家庭灯具电源

如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。6.光伏电站10KW-50MW独立光伏电站、各种大型停车厂充电站等。7.

能建筑将能发电与建筑材料相结合,使得未来的大型建筑实现电力自给是未来一大发展方向。8.其他领域包括[1]4、航天器、空间还将与汽车配套

能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等能制氢加

电池的再生发电系统水淡化设备供电能电站等。

可见?以

能电池为代表的光电转化材料已经运用到生活的方方面面,随着科技的发展,看到

新的光电转换材料的出现。[1]20“十一·五”国家高技术研究发展计划（863计划）新材料技术领域重大项目“半导体照明工程”2006年度课题申请指南研究开发高效节能、长

的半导体照明产品是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》工业节能优先

的重要内容。

“半导体照明工程”项目在“十一五”的

目标是：通过自主创新，突破白光照明部分

专利，解决半导体照明市场急需的

关键技术，建立完善的技术创新体系与特色产业集群，完善半导体照明产

业链，形成我国具有国际竞争力的半导体照明新兴产业。“十一·五”863项目重大项目21项目分解为七个研究方向：第三代宽禁带半导体外延材料生长和器件技术研究；130lm/W半导体白光照明集成技术研究；100lm/W功率型LED

制造技术开发；MOCVD装备 技术及关键原材料 技术开发；半导体照明重大应用技术开发；半导体照明规模化系统集成技术研究；半导体照明产业技术标准、评价体系与专利研究。此次发布的课题申请指南经费

为22000万元。22十一五”国家高技术研究发展计划（863计划）新材料领域“半导体照明工程”重大项目课题评审初步结果(2006-2010年）序号课题 课题名称申请人

申请单位1

2006AA03A101

Φ2英寸LiAlO2晶体及衬底

技术

周圣明

光学机械半导体大学光学

机械2006AA03A102

新型衬底GaN（氮化镓）基材料的外延技术曾一平中国2006AA03A103

LiAlO2上非极性面GaN基LED材料生长与器件2006AA03A104

非极性面GaN基LED材料用衬底的研制2006AA03A105

高效率大功率LED外延材料

技术2006AA03A106

高效率大功率发光二极管外延材料研究

中国2006AA03A107

AlN衬底

及GaN基深紫外LED外延技术研究物理中国物理2006AA03A108

GaN基深紫外LED材料的外延技术

西安电子科技大学2006AA03A109

深紫外GaN基LED的研究2006AA03A110

深紫外LED

GaN基半导体设计与关键外延技术研究厦门大学半导体研究2006AA03A111

紫外LED用AlGaN材料生长研究2006AA03A112

GaN基激光剥离、垂直结构LED2006AA03A113

高效GaN基光子晶格LED的喜中国的研究2006AA03A114

新型大功率器件技术研究王国宏中国2006AA03A115

新型大功率阵列式LED器件

研究

孔庆生半导体鼎晖科技－荧光粉涂层技术的研究饶海波电子科技大学2006AA03A116

功率型白光LED封装2006AA03A117新型蓝光功率LED

技术研究中国电子科技

公司第十三

立德公司大学18

2006AA03A118

单19

2006AA03A119

单GaN基宽谱白光LED研究多波长白光LED的研制20

2006AA03A120

新一代亮度

效率激光白光照明技术的探索2006AA03A121

自主创新单

白光发光二极管及其2006AA03A122

130lm/W半导体白光照明集成技术研究杨研究中国23

2006AA03A123

功率型

亮度100流明瓦LED

制造技术大连半导体所工业大学半导体昇

蓝宝光电材料科技2006AA03A124

高光效大功率白光LED

技术研究2006AA03A125

高效大功率氮化镓LED及半导体照明白光源制造技术26

2006AA03A126

每瓦100流明功率型白光LED制造与生产技术

伍永安

晋城市

利特光电技术2006AA03A127

功率型白光LED新型光源制造技术2006AA03A128

基于Si衬底的功率型GaN基LED制造技术2006AA03A129

Si衬底GaN基功率型LED制造技术开发厦门三安电子厦门华联电子中山市木

电子2006AA03A130

RGB三基色白光LED制造技术2006AA03A131

宽色域白光LED制造技术2006AA03A132

集成功率LED封装技术研究书宁波升谱光电半导体佛山市国星光电科技河北立德电子庄卫东有研稀土新材料杭州师范学院有色金属研究总院大连中国

化学发光2006AA03A133

功率型LED器件封装用荧光粉材料2006AA03A134

功率型LED器件封装用关键配套材料2006AA03A135

功率型LED器件封装用高效热管理材料的研究与2006AA03A136

100lm/W功率型LED封装用有机硅材料的研制和2006AA03A137

白光LED用宽激发带硅酸盐基质发光材料2006AA03A138

新型高效率白光LED荧光粉的研究张家骅中国长春光学精密机械与物理2006AA03A139

半导体照明

测试与分拣的2006AA03A140

GaN-MOCVD深紫外LED材料生长设备及设备研制

青岛

电气23电气2006AA03A140

GaN-MOCVD深紫外LED材料生长设备2006AA03A141

MOCVD材料生长等关键设备

中国42

2006AA03A142

推广型III族氮化物HVPE材料生长系统张荣青岛半导体大学半导体中国电子科技公司第四十六43

2006AA03A143

HVPE法44

2006AA03A144

HVPE法45

2006AA03A145

SiC单晶衬底GaN同质衬底

飞

中国GaN同质衬底技术研究刚山东大学46

2006AA03A146

基于半导体照明

LED用SiC单晶衬底

陈小龙

中国（6.5N）铝源、铟源的生产工艺及其分析方法的研究物理江苏南大光电材料472006AA03A147482006AA03A148纯氨气（7N）纯化技术和49

2006AA03A149

大尺寸LCD背光源集成技术研究技术开发

大连保税区

德化工科技开发海信50

2006AA03A150

大尺寸LCD电视用LED背光源系统开发

金波

广电（）2006AA03A151

大尺寸液晶电视用LED背光源2006AA03A152

LED在汽车前照灯上的开发与应用京东方科技常州星宇车灯公司吉林东光瑞宝车灯夏利汽车镓英半导体2006AA03A153

LED轿车前照大灯系统集成技术开发2006AA03A154

大功率LED轿车前照大灯系统集成技术开发2006AA03A155

室内数字智能化LED照明系统开发2006AA03A156

智能化室内半导体照明系统研究2006AA03A157

智能化LED照明系统集成技术开发

王克

大连

光电科技发展2006AA03A158

功率型LED器件化模块灯具的开发

丞

桐乡市生辉照明电器2006AA03A159

高效率有机电致发光照明光源开发2006AA03A160

有机半导体照明光源开

尚胜

华南理工大学2006AA03A161

照明用有机电致发光材料与器件研究

阁

中国

长春应用化学2006AA03A162

OLED照明光源材料与器件

吉林大学2006AA03A163

LED在医用设备方面的应用

刘晶维

哈尔滨海格科技发展

公司2006AA03A164

影响

生物节律的LED光源研究2006AA03A165

半导体照明光源在植物组培中的应用研究2006AA03A166

应用LED的飞机进近安全着陆航道指示系统的研制2006AA03A167

国家游泳中心半导体照明规模化系统集成技术研究照明灯具市国有资产经营公司同济大学