半导体物理：半导体光学的器件及应用

半导体光学-器件及应用半导体物理Semiconductor

Physics发光二极管(LED)学习材料2太阳能电池半导体激光器(LD)半导体物理Semiconductor

PhysicsLED原理分类特点应用学习材料3半导体物理Semiconductor

Physics原理学习材料4半导体物理Semiconductor

Physics按颜色分：红、绿、蓝等按材料分：GaN、GaP、GaAsP等学习材料5分类半导体物理Semiconductor

Physics学习材料6分类SBI蓝色lnGaN/SiC

430HY超亮黄色AlGalnP

595SBK较亮蓝色lnGaN/SiC

468SE高亮桔色GaAsP/GaP

610SGL青绿色lnGaN/SiC

502UE最亮桔色AlGalnP

620PG纯绿GaP

555R红色GAaAsP

655SG标准绿GaP

560SR较亮红色GaA/As

660G绿色GaP

565HR超亮红色GaAlAs

660Y黄色GaAsP/GaP585HIR红外线GaAlAs

850UY最亮黄色AlGalnP

595IR红外线GaAs

940半导体物理Semiconductor

Physics特点平安、节能、环保寿命长、响应快体积小、结构牢固学习材料7半导体物理Semiconductor

PhysicsLED工作电压低〔1.5~3V〕、工作电流小〔5~150mA)，平安性好202X年上市白光LED发光效率到达100lm/W，与荧光灯接近〔60~100

lm/W),优于白炽灯荧光灯、汞灯等含汞，LED环保学习材料8半导体物理Semiconductor

Physics一般白炽灯的寿命1000

h；荧光灯10000h；LED寿命202X0~100000

hLED响应时间是纳秒级，荧光灯是毫秒级学习材料9半导体物理Semiconductor

Physics白炽灯有玻璃泡、灯丝等易损部件；荧光灯有灯管和附件；LED是全固体结构、经得起震动、冲击、体积小、重量轻。学习材料10半导体物理Semiconductor

PhysicsLED的应用学习材料11半导体物理Semiconductor

PhysicsLLEEDD的的应应用用交交通通信信号号灯灯学习材料12学习材料13半导体物理Semiconductor

PhysicsLLEEDD的的应应用用大大屏屏幕幕显显示示学习材料14半导体物理Semiconductor

Physics液液晶晶显显示示背背景景光光源源学习材料15从全球来看，半导体照明产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大地域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。依据目前全球LED产业开展情况，预测LED照明将使全球照明用电减少一半，202X年起，澳大利亚、加拿大、美国、欧盟、日本及中国X等国家和地区已陆续宣布将逐渐淘汰白炽灯，开展LED照明成为全球产业的焦点。中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的开展，中国LED产业已初步形成了较为完整的产业链。在“国家半导体照明工程〞的推动下，形成了X、X、X、X、X、X和X七个国家半导体照明工程产业化基地。学习材料16中国半导体照明产业开展向好，外延芯片企业的开展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。202X年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。估计202X年中国整个LED产业的产值将超过1500亿元。国内在照明领域已经形成肯定特色，其中户外照明开展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但国内在大尺寸LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。学习材料17半导体物理Semiconductor

Physics太阳能电池学习材料18半导体物理Semiconductor

Physics原理分类应用学习材料19半导体物理Semiconductor

Physics原理学习材料20半导体物理Semiconductor

Physics分类太阳能电池按结晶状态可分为单晶太阳能电池、多晶太阳能电池和非晶太阳能电池。太阳能电池依据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前开展最成熟的，在应用中居主导地位。学习材料21半导体物理Semiconductor

Physics硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。单晶硅本钱价格高，大幅度降低其本钱很困难。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,本钱低，而效率高于非晶硅薄膜电池其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池本钱低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，影响了它的实际应用。学习材料22硅太阳能电池半导体物理Semiconductor

Physics多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包含砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，本钱较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严峻的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。砷化镓〔GaAs〕III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的汲取效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适宜于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。铜铟硒薄膜电池〔简称CIS〕适宜光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后开展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的X，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的开展又必定受到限制。学习材料23多元化合物薄膜太阳能电池半导体物理Semiconductor

Physics以有机聚合物替代无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作简单，材料X广泛，本钱底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不管是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。还有待于进一步研究探究。学习材料24有机太阳能电池纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近开展的，优点在于它廉价的本钱和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10％以上，制作本钱仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能到达2O年以上。此类电池的研究和开发刚刚起步。学习材料25纳米晶太阳能电池据Dataquest的统计资料显示,目前全世界共有136个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发。1998年,全世界生产的太阳能电池,其总的发电量达1000兆瓦,1999年达2850兆瓦。202X年,全球有将近4600家厂商向市场提供光电池和以光电池为电源的产品。目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发方案,打算在21世纪大规模开发太阳能。美国、日本和西欧工业兴盛国家在研究开发太阳能方面的总投资,1998年达570亿美元;1999年646亿美元;202X年700亿美元;202X年将达820亿美元;➢学习材料26全球太阳能电池产业现状目前,美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额。美国拥有世界上最大的光伏发电厂,其功率为7MW,日本也建成了发电

功率达1MW的光伏发电厂。全世界总共有23万座光伏发电设备,以色列、澳大利亚、新西兰居于领先地位。20世纪90年代以来,全球太阳能电池行业以每年15%的增幅延续不断地开展。全球太阳能电池产业1994-202X年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。202X年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较202X年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关，至于202X年全球太阳能电池产能已扩增至2204MW，较202X年大增33％。202X年全球太阳能电池产量到达3436MW，较202X年增长了56%。学习材料27我国对太阳能电池的研究开发工作高度重视,早在七五期间,非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题;八五和九五期间,我国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面。202X年，我国太阳能电池的产量约为1180兆瓦，世界前16家太阳能电池公司中，中国占6家。中国已经成功超越欧洲s日本为世界太阳能电池生产第一大国。目前国内太阳能硅生产企业主要有X单晶硅厂sX宁晋单晶硅基地和X峨眉半导体材料厂等厂商，其中X宁晋单晶硅基地是世界最大的太阳能单晶硅生产基地，占世界太阳能单晶硅市场份额的25％左右。在太阳能电池材料下游市场，目前国内生产太阳能电池的企业主要有X尚德sX中电sX英利sX晶澳s林洋新能源sX阿特斯sX天合sX天达光伏科技sX太阳能电源s京瓷〔X〕太阳能等公司，总计年产能在800MW以上。学习材料28我国太阳能电池产业现状学习材料29目前,太阳能电池的应用已参军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在遥远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节约造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的本钱还很高，发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍旧受到经济上的限制。从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光—电转换装置的制造，各国对环境的爱护和对再生清洁能源的庞大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开发广阔的前景。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代局部常规能源，而且将成为世界能源供给的主体。估计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供给中的占比也将到达10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的开展前景及其在能源领域重要的

战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。学习材料30前景35美分/度25155煤炭核能

天然气

风能

石油太阳能各类能源发电本钱比照学习材料31半导体物理Semiconductor

Physics半导体激光器原理分类应用学习材料32半导体物理Semiconductor

Physics原理注入电流P区N区激活区反射镜面结型激光器结构示意图学习材料33半导体物理Semiconductor

Physics分类A小功率LD用于信息技术领域的小功率LD开展极快。例如用于光纤通信及光交换系统的分布反响(DFB)和动态单模LD、窄线宽可调谐DFB-LD、用于光盘等信

息处理技术领域的可见光波长(如波长为670nm、650nm、630nm的红光到蓝绿光)LD、量子阱面发射激光器以及超短脉冲LD等都得到实质性开展。这些器件的开展特征是：单频窄线宽、高速率、可调谐以及短波长化和光电单片集成化等。B高功率LD1983年，波长800nm的单个LD输出功率已超过100mW，到了1989年，0.1mm条宽的LD则到达3.7W的连续输出，而1cm线阵LD已到达76W输出，转换效率达39%。1992年，美国人又把指标提高到一个新水平：1cm线阵LD连续波输出功率达121W，转换效率为45%。现在，输出功率为120W、1500W、3kW等诸多高功率LD均已面世。高效率、高功率LD及其列阵的迅速开展也为全固化激光器，亦即半导体激光泵浦(LDP)的固体激光器的迅猛开展提供了强有力的条件。学习材料34半导体激光器是有用中最重要的一类激光器。它体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、功耗低、驱动电源简单、转换效率高、结构简单、使用平

安，并可采纳简单的注入电流的方法来泵浦其工

作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片

集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电

流调制以获得高速调制的激光输出。学习材料35特点应用半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、激光照排、激光测距、条码扫描、工业探测、测试测量仪器、激光显示、医疗仪器、军事、安防、野外探测、建筑类扫平及标线类仪器、实验室及教学演示、舞台灯光及激光表演、激光水平尺及各种标线定位等半导体激光器的一些独特优点使之非常适宜于军事上的应用，如野外测距、枪炮等的瞄准、射击模拟系统、致盲、对潜通信制导、引信、安防等。由于可用一般电池驱动，使一些便携式武器设备配置成为可能。学习材料36目前已开发出并投放市场的半