光电子行业调查报告

光电子行业调查报告光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发 展。小编为大家收集整理的光电子行业调查报告，希望大家 能够喜欢。20 世纪微电子技术的发展， 伴随着计算机技术、 数字技术、多媒体技术以及络技术等的出现，使社会进人了信息化 时代。光电子技术是继微电子技术之后 30 多年来迅猛发展 起来的综合性高新技术，以其强大的生命力推动着光电子 （ 光子 ） 技术与产业的发展，随着70 年代后期半导体激光器 和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破， 光子技术和电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的 信息光电子技术和产业。至今光电子（ 光子）技术的应用已涉 及科技、经济、军事和社会发展的各个领域，光电子产业必 将成为本世纪的支柱产业之一。光电子技术产业发展水平既 是一个国家的科技实力的体现，更是一个国家综合实力的体 现。光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电 子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之 间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。光 电子材料是随着光电子技术的兴起而发展起来的，光子运动 速度高，容量大，不受电磁干扰，无电阻热。光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发 展。光电集成将是本世纪光电子技术发展的一个重要方向。 光电子材料是发展光电信息技术的先导和基础，材料尺度逐 步低维化由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方 向发展，材料系统由均质到非均质、工作特性由线性向非线性，由平衡态向非平衡态发展是其最明显的特征。1 、光电子材料按其功能，一般可分为以下 7 类：(1) 发光(包括激光)材料 ;(2) 光电显示材料;(3) 光存储材料;(4) 光电探测器材料;(5) 光学功能材料;(6) 光电转换材料;(7) 光电集成材料。其中，发展重点将主要集中在激光材料、红外探测器材料、液晶显示材料、 高亮度发光二极管材料、 光纤材料等 . 。2. 激光晶体材料1960 年研制成功了世界上第一台红宝石 (Cr3+:Al2O3) 脉冲激光器。 随后，人们对激光晶体材料进行了广泛的研究， 研究的主要目的是收集有关激光晶体的光谱和受激发射特 性，确定究竟哪些类型的激光晶体能提高激光效率。为此， 大量合成了一些有科学和应用价值的有序化合物和无序化 合物晶体以作为激光基质，然后再掺入激活离子。当前激光晶体材料向着大尺寸、高功率、 LD 泵浦、宽带可调谐以及新波长、多功能应用方向发展。激光晶体中以 Nd:YAG最成熟，应用最广，产量最大。Nd:YAG 及 Yb:YAG 晶体材料得到广泛应用的钇铝石榴石 （ YAG ）是一种综合性能 （ 包括：光学、力学和热学 ） 优良的激光基质。 Nd:YAG 称为掺钕 钇铝石榴石 （Nd3+: 丫 3AI5O12 ， Nd:YAG ），是于 1965 年前后从 数百种激光新晶体中优选出来的。 20 世纪 70 年代在国际上 完成了Nd:YAG 晶体生长条件的研究， 80 年代研制成功的较大尺寸的Nd:YAG 晶体走向工业生产， 90 年代采用自动化晶 体生长设备，批量生产出 70mm& 100mn 大尺寸 Nd:YAG 晶体， 使得采用单棒和多棒串联组合体系的千瓦级Nd:YAG 激光器得到了发展。因为 Nd:YAG 具有较高的热导率和抗光伤阈值，同时 3价钕离子取代 YAG 中的钇离子无须电荷补偿而提高激光输出 效率，使它成为用量最多、最成熟的激光材料。此外，为了 寻找新的激光波长，对YAG 基质进行了 Er, Ho, Tm Cr 等 的单独或组合掺杂，获得了数种波长的激光振荡。Nd:YAG 是理想的四能级激光器。引上法制备的 Nd:YAG 因单晶激光棒的增益高、机械性能好而得到广泛应用。 Nd3+的离子半径为， Y3+ 的离子半径为，因为空间位置效应， YAG晶体中Y3+不易被Nd3+所取代，故Nd3+在轨铝石榴石中的分 凝系数比较小，约为。Nd3+浓度的集中使该区域形成化学应力，导致中心区域的折射率高于周围区域的，成分的差异也 引起相应热膨胀系数的差异。此外，用提拉法生长单晶周期长（ 约几周 ） ，晶体的生长方式限制了晶体的生长尺寸，也限制其潜在的输出功率。长期以来，人们一直在寻求替代材料，如：含钕玻璃或 微晶玻璃等，但其性能均不及Nd: YAG 单晶材料。自上世纪 60 年代，人们发现某些致密透明多晶材料 （陶瓷） 在某些性能 上与同材质单晶材料相近，甚至可以取代单晶材料。由于陶 瓷制备技术的优点，克服单晶材料的一些缺点，使产品不仅具有尺寸大，生产效率高，成本低的特点，而且掺钕量可远 高于单晶体的，使其激光输出功率大。用新工艺制造出的陶 瓷激光介质，因其散射损耗小和高效的激光振荡而引起广泛 关注。因此， Nd:YAG 陶瓷有望取代单晶材料而成为大型高功率固体激光器的工作物质。在 1965 年贝尔实验室首次获得了 Yb:YAG 激光，但由于 闪光灯泵浦条件下Yb:YAG 晶体的高阈值和低转换效率，并 未引起人们的重视。 1971 年采用 GaAs:Si 发光二极管为泵浦源，在 77K温度下获得了 Yb:YAG 在 1029nm 的脉冲激光输出， 峰值功率达，表明此类晶体的激光性能主要取决于泵浦条件。80 年代末至 90 年代，随着InGaAs 激光二极管性能的发展和 成本的降低，开始寻求适于激光二极管泵浦条件下的激光晶 体，而掺Yb3+ 激光材料由于具有以下特点而受到了广泛的重 视。(1) Yb3+ 离子的电子构型为 4 ，仅有两个电子态，即基态2F7/2 和激发态 2F5/2 ，在配位场作用下产生 Stark 分裂 后，形成准三或准四能级的激光运行机构。(2) Yb3+ 离子吸收带在9001000nm 波长范围，能与 InGaAs半导体泵浦源(8701100 nm) 有效耦合，且吸收带较宽，对半 导体器件温度控制的要求有所降低。(3) 泵浦波长与激光输出波长接近，量子效率高达90% 。(4) 由于量子缺陷较低(%) ，材料的热负荷较低(5)不存在激发态吸收和上转换，光转换效率高。(6) 在相对较高的掺杂浓度下也不会出现浓度猝灭。(7)荧光寿命长，在同种激光材料中为 Nd3+离子的三倍多，能有效储存能量。目前已获得千瓦级连续激光输出的是 Yb:YAG 晶体，其YAG 基质具有优良的光学、热力学、机械加工性能和化学稳定性，特别适合于作为激光二极管泵浦条件下的高功率激光 输出，在激光切割、钻孔以及军用领域具有重要应用价值。金绿宝石激光材料金绿宝石 (Cr3+: BeAl2O4) 是一种新型基质固态激光材 料，用闪光灯泵浦在室温下能发射701818 纳米的整个波长 范围的激光。这个区间增益是由于电子跃迁到电子震动带而产生的。另外，人工金绿宝石激光在R 线(纳米 ) 的发射截面约为红宝石( R 线 6943 纳米)的十倍， Nd :YAG ( 1064 纳米)的三分之一。在人工金绿宝石中，泵浦发射激光过程的闪光 灯的辐射是在中心位于 420 和 590 纳米的带上被吸收。在这 个波长区域的激发态吸收相当于激光跃迁上能级中的离子 吸收。随着激发态吸收，离子无辐射地衰减到激光跃迁的上 能级。因此激发态的吸收导 致泵浦光转化为热能的直接损耗。金绿宝石晶体的光学性能和机械性能都类似于红宝石， 而且还具备作为优良的激光基质的许多物理的化学的特性 和机械性能，如硬度， 强度， 化学稳定性以及高的热导率 (为 红宝石 2 至 3倍和 YAG 的 2 倍)等，从而使金绿宝石激光棒在高功率泵浦下不产生热损伤。在大多数条件下最大功率可 达千瓦级。一支激光棒每厘米长度可承受的最大功率为千瓦。 金绿宝石激光晶体应用于激光器中结构稳定，因而有着广泛 的应用前景，将会有更大的发展。祖母绿晶体材料最近几年，随着高功率LD 的迅速发展，探索适合LD 泵 浦的新型激光晶体和重新评价原有激光晶体成为目前激光 领域的重点研究内容之一。祖母绿(Cr3+:Be3Al2Si6O18 ) 晶 体是继金绿宝石 (Cr3+:BeA12O4 ) 晶体之后发现的又一种具 有宽带辐射的优秀可调谐激光材料，其良好的理化性能、较 高的光转换效率与量子产率以及其近红外激光经过倍频可获得目前较实用的紫外激光输出等优点， 使其在众多含Cr3+ 激光晶体中具有较大的吸引力。目前，随着祖母绿晶体新的 生长技术研究成功，获得光学级的祖母绿晶体已经成为可能， 而高功率LD 阵列技术的发展、也必将进一步推动祖母绿晶 体激光器的发展。其它晶体材料 近些年来，可调谐激光晶体是探索新型激光晶体的一个 热点， 1982 年发现了钛宝石(Ti3+:Al2O3) 宽带可调谐激光晶 体，此种晶体调谐波长范围宽，导热性能好，室温下可实现大能量、高功率脉冲和连续宽带可调谐激光输出，在军工、 工业和科技等领域有广泛的应用，从而将可调谐激光晶体的 研究推向高潮，随后发现了一系列新的可调谐激光晶体，诸如：Cr3+:BeAl2O4 、 Cr3+:Mg2SiO4 、 LiCaAlF6 等晶体。 20 世纪 80年代后期，作为泵浦源的激光二级管 (LD) 晶体，诸 如：GaAlAs 、 InGaAs 、 AlGalnP 等半导体激光晶体的飞速发 展， LD 泵浦晶体激光器具有高功率、高质量、长寿命、小型 化以及导致激光器实现全固化等优越性，掀起了对探索新型 LD 泵浦的高效率小型化激光晶体的热潮，在此研究领域中，掺Nd3+激光晶体的研究，仍然是最活跃和最重要的一项研究 课题，当前性能较好的 LD 泵浦的掺 Nd3+ 的激光晶体。另外，为了适应激光器多种应用，近年来还开展了多波长激光晶体，如 Nd:KGa(WO4)2 等晶体 ； 新波段激光晶体，如Er:YAP 、 Ho:YAG 等晶体 ； 自激活激光晶体，女口 NAB 与NdP5O14 等晶体，以及自倍频激光晶体(NYAB) ， Cr:Nd:GdCaO(BO3)3 和上转换激光晶体(Ba2ErCl7) 等等的研究，均取得了一些成 果。3 . 红外探测器材料红外技术是在 40 年前开始应用到防御系统上的。红外 光电探测器过去所用的材料主要是铅盐。到1970 年，诸如 InSb 和 HgCdTe 之类的半导体开始在红外技术中占居主导地 位，成了制作光导器件的主要材料。这些材料以整体形式生 长，它们主要用于制作单个探测器元件。在七十年代，发展 了新的生长技术，即液相外延 (LPE) ，该技术成了制作镶嵌式列阵中的光伏探测器的基础。八十年代初期，美国圣巴巴 拉研究中心(SBRC) 首先发展了同质结，以后为了获得声望又 发展了异质结，这些都是光伏器件的主要体系结构。到八十 年代中期，随着焦点向第二代光电探测器列阵(光伏型)转移，材料、材料结构、材料生长技术以及探测器体系结构开始发 生重大变化。这些变化包括诸如分子束外延(MBE) 和金属有机化学汽相淀积 (MOCVD 之类的新的生长技术、诸如量子阱光导体之类的先进的材料结构、诸如用于非致冷探测的多色集成光电 探测器和微热辐射计之类的新的器件结构以及先进的探测 器和材料结构设计手段。用于在120 P m红外光谱区进行红外探测的材料和材料混合体种类很多。表 1 列出了这些材料 以及它们的光谱范围。大约在 10 年前出现的最早的新材料是 HgZnTe(HZT) 。这是由 Arden Sher 等人首先提出的。同 HgCdTe 相比， HZT 材 料的结构更坚固，但它却具有与HgCdTe 非常相似的电学和光学特性。在八十年代中期，美国圣巴巴拉研究中心根据SpicerSherChen 的 HgCdTe 合金的键稳定性模型，用液相外 延长成了 HZT 。由于材料学方面的一些问题， HZT 最适合用水平液相外延从相位图的 Te 角处进行生长，这样便不会具 有最佳的 HgCdTe 器件中所用的从Hg 角处生长的垂直液相外 延层的挠性。这个生长难题一直限制着 HgZnTe 在红外焦平面技术方面的应用。到九十年代，出现了一组新的适用于红外但基于川 V 族材料的合金半导体。美国圣巴巴拉研究中心的Sher小组首次预告了InTlP 材料。这些材料是用非平衡生长技术: 分子束外延、金属有机化学汽相淀积以及金属有机分子束外延生长的。它们被用于制作集成焦平面列阵，例如，在这种集成 焦平面列阵中，可以将InTlP 探测器列阵直接生长在包含读 出和多路传输器功能的 InP 衬 底上。目前 HgCdTe 依然占居着红外探测器材料的主导地位。 由于HgCdTe 体晶生长受到组分分凝、 Hg 压难于控制等客观条件的限制，使体晶材料在单晶面积、组分均匀性和结晶完 整性等方面已不能满足红外焦平面探测器件发展的需要，而 HgCdTe 外延（LPE、 MBE MOVP 等）因其生长温度低，克服了 体晶熔体生长的缺点，并能直接获得适合器件的结构 （ 如原 生双色、 pn 结、表面钝化等） 。因此，外延技术已成为 HgCdTe 晶体研究的方向。CdZnTe 是一种由 CdTe 和 ZnTe 组成的膺二元化合物半导 体 材料，熔点因 Zn 含量不同，在 10921295 C 变化。由于生长温度高、热导率低、离子性强、堆垛层错能低、机械强度 小等不利于晶 体生长的因素，因此，要生长符合衬底要求且重复性好、成品率高的 CdZnTe 晶体是十分困难的。但由于 其在军事和民用领域的重 要应用价值，一些西方发达国家二 十多年来从未间断过对CdZnTe晶体的研究，晶体性能不断 提高，并在一系列大面阵红外探测器、x/ 丫射线探测器、光电调制器、高效太阳能电池等领域得到了较好的应用。大面积高均匀性HgCdTe 外延薄膜及大尺寸 CdZnTe 衬底 材料仍是 XX 年前红外探测器所用的主要材料。4 .液晶材料显示用液晶材料是由多种小分子有机化合物组成的，这 些小分子的主要结构特征是棒状分子结构。现已发展成很多 种类，例如各种联苯腈、酯类、环己基 (联)苯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类、二苯乙炔类、乙基桥键类和烯端基类以及 各种含氟苯环类等。近几年还研究开发出多氟或全氟芳环以及全氟端基液晶化合物。随着 LCD 的迅速发展，人们对开发和研究液晶材料的兴趣越来越大。TNLCD 用液晶材料TN 型液晶材料的发展起源于 1968 年，当时美国公布了 动态散射液晶显示(DSMLCD 技术。但由于提供的液晶材料的 结构不稳定性，使它们作为显示材料的使用受到极大的限制。 1971 年扭曲向列相液晶显示器(TNLCD) 问世后，介电各向异性为正的 TN 型液晶材料便很快开发出来； 特别是 1974 年相 对结构稳定的联苯睛系列液晶材料由等合成出来后，满足了 当时电子手表、计算器和仪表显示屏等 LCD 器件的性能要求， 从而真正形成了 TNLCD 产业时代。LCD 用的 TN 液晶材料已发展了很多种类。 这些液晶化合物的结构都很稳定，向列相温度范围较宽，相对粘度较低。 不 仅 可以满足混合液晶的高清亮点、低粘度在 2030mPa ? S(20 C )及A n?的要求，而且能保证体系具有良 好的 低温性能。含联苯环类液晶化合物的n值较大，是改善液晶陡度的有效成分。嘧啶类化合物的 K33/K11 值较小， 只有左右，在 TNLCD 和 STNLCD 液晶材料配方中，经常用它 们来调节温度序数和 n值。而二氧六环类液晶化合物是调节“多路驱动”性能的必需成分。STNLCD 用液晶材料自 1984 年发明了超扭曲向列相液晶显示器(STNLCD) 以 来，由于它的显示容量扩大，电光特性曲线变陡，对比度提 高，要求所使用的向列相液晶材料电光性能更好，到 80 年 代末就形成了 STN LCD 产业，其产品主要应用在BP 机、移 动电话和笔记本电脑、便携式微机终端上。STNLCD 用混晶材料一般具有下述性能：低粘度； 大K33/K11 值 ； n 和 Vth (阈值电压 ) 可调 ； 清亮点高于工作温度上限 30C 以上。混晶材料的调制往往采用“四瓶体系” 。这 种调制方法能够独立地改变阈值电压和双折射，而不会明显 地改变液晶的其他特性。STNLCD 用液晶化合物主要有二苯乙炔类、 乙基桥键类和链烯基类液晶化合物。二苯乙炔类化合物：把 STNLCD 的响应速度从 300ms 提高到 IXXOms 使 STNLCD 生能得到大幅度 的改善，从而在当今的 STNLCD 中使用较多，现行STNLCD 用 液晶材料中约有70% 的配方中含有二苯乙炔类化合物。乙基桥键类液晶：与相应的其他类液晶比较，这类液晶的粘度、 n 值都比较低 ； 相应化合物的相变温度范围和熔点相对较低，是调节低温TN 和 STN 混合液晶材料低温性能的重要组分。链烯基类液晶：由于 STNLCD 要求具有陡阈值特性，为 此，只有增加液晶材料的弹性常数比值K33/K11 才能达到目 的。 烯端基类液晶化合物具有异常大的弹性常数比值K33/K11 ,用于STNLCDA ,得到非常满意的结果。近年来， STN 显示器在对比度、视角与响应时间上都有显著的进步。由于 TFTLCD 的冲击， STNLCD 逐渐在笔记本电 脑和液晶电视等领域失去了市场。鉴于成本的因素， TFTLCD将不可能完全代替STNLCD 原有的在移动通讯和游戏机等领域的应用。TFTLCD 用液晶材料随着薄膜晶体管TFT 阵列驱动液晶显示(TFT LCD) 技术 的飞速发展，近年来TFT LCD 不仅占据了便携式笔记本电脑 等高档显示器市场，而且随着制造工艺的完善和成本的降低， 目前已向台式显示器发起挑战。由于采用薄膜晶体管阵列直接驱动液晶分子，消除了交叉失真效应，因而显示信息容量 大 ; 配合使用低粘度的液晶 材料，响应速度极大提高，能够 满足视频图像显示的需要。因此，TFT LCD 较之 TN 型、 STN型液晶显示有了质的飞跃，成为 21 世纪最有发展前途的显 示技术 之一。与 TN STN 的材料相比， TFT 对材料性能要求更高、更严格。要求混合液晶具有良好的光、热、化学稳定性，高的 电荷保持率和高的电阻率。还要求混合液晶具有低粘度、高 稳定性、适当的光学各相异性和阈值电压。 TFT LCD 用液晶 材料的特点：TFT LCD 同样利用 TN 型电光效应原理，但是 TFT LCD 用液晶材料与传统液晶材料有所不同。除了要求具备良好的物 化稳定性、较宽的工作温度范围之外， TFT LCD 用液晶材料还须具备以下特性：低粘度，20C时粘度应小于35mPa? s,以满足快速响应 的需要 ;(2) 高电压保持率() ，这意味液晶材料必须具备较高的 电阻率，一般要求至少大于 1012 Q ? cm;(3) 较低的阈值电压(Vth) ，以达到低电压驱动，降低功 耗的目的 ;(4) 与 TFT LCD 相匹配的光学各向异性( n) ，以消除彩虹效应，获得较大的对比度和广角视野。n值范围应在之 间。在 TNSTN 液晶显示中广泛使用端基为氰基的液晶材料， 如含氰基的联苯类、苯基环己烷类液晶，尽管其具有较高的 &以及良好的电光性能，但是研究表明，含端氰基的化合 物易于引人离子性杂质，电压保持率低; 其粘度与具有相同 分子结构的含氟液晶相比仍较高，这些不利因素限制了该类化合物在 TFT LCD 中的应用。酯类液晶具有合成方法简单、 种类繁多的特点，而且相变区间较宽，但其较高的粘度导致在 TFT LCD 配方中用量大为减少。因此，开发满足以上要求 的新型液晶化合物成为液晶化学研究工作的重点。目前，在液晶显示材料中， TNLCD 已逐步迈入衰退期，市场需求逐渐萎缩，而且生产能力过剩，价格竞争激烈，己 不具备投资价值。而 STNLCD 将逐渐进入成熟期，市场需求稳步上升，生产技术完全成熟。而 TFTLCD 在全球范围内正 进入新一轮快速增长期，市场需求急剧增长，有望成为 21 世纪最有发展前途的显示材料之一。5. 高亮度发光二极管材料发光二极管（LED）是采用电阻率较低的 P型和n型半导 体材料，通过掺杂，达到较高宽度的能隙，从而达到有效的 光辐射通路，获得可见光辐射的效果，供人类应用。但是在 实际生产过程中，绝大多数半导体材料所具有的是间接能隙， 因此不适合做LED材料。而硅和锗等典型的半导体材料虽然很容易制成二极管， 但其发光效率极低， 但只能发射红外线。 在自然环境中，金刚石是唯一具有较宽能隙的材料，并能发 射可见光，但这种材料制作难度大，而且价格过于昂贵，因 此也不是理想的材料。 人类在不断实践、 改进、探索过程中， 找到 AlGaAs 材料、 AlGaInP 材料、InGaN 材料等一元素、三 元素、四元素材料。同时不断改进衬底材料和封装材料，使得在从红色到紫外的整个光谱范围内都可以找到合适的 LED材料。发光二极管（LED） 问世于 20 世纪 60 年代， 1964 年川 V 族发光材料 GaAsP 开发成功，出现了红色LED 峰值波长约 为 650nmo虽然，驱动电流为 20mA 时，单个 LED 发出的光通 量只有千分之几流明，相应的发光效率只有 0 .1 lm/W ，但 是全固体光源开始被人们接受，主要用于指示灯领域70 年代，材料研究更加活跃，是 LED 发展史上的第一个高潮。GaAsP/ GaAs的质量有所提高，并且利用汽相外延（VPE）和液态外延法（ LPE ）制作外延材料，如 GaPZnO 红色 LED 和GaPN 录色 LED, 不仅使光效提高到 1 lm/W ，而且发光颜色覆盖了从黄绿色到红外的光谱范围（ 565940nm ） ，应用也开始进入显示领域。80 年代之后，应用层面逐渐展开，封装技术逐步提高， 周边支持条件也相对形成，促使LED 技术得到突破。例如， 用 LPE 技术制作 GaAlAs 外延层，制作高亮度红色LED 和红外二极管（ILED）,波长分别为660、880和940nm随着金属有机化学汽相外延法 （ MOVPE 的开发，产生了 780nm 半导体 激光二极管 ; 用新芯片材料AlInGaP 制成的红色、黄色LED 光效可达10lm/W ，若采用透明衬底，光效可超过20lm/W 。而 1994 年通过 MOVP 研制的第三代半导体材料GaN 使蓝、绿色 LED 光效达到 10lm/W , 实现了 LED 的全色化。发光二极管材料在90 年代有了突破性进展。 90 年代初，Toshiba 公司和 Hewlett Packark 公司开发了 InGaAlP 材料， 该材料具有高发光功效，可覆盖从黄绿光到红光整个光谱范 围。 90年代中期， Nichia 公司和 Toyoda Gosei 公司研发出 具有高发光功效的发蓝和纯绿光的 InGaN LEDs, 有史以来第一次生产出能满足户内和户外各种应用的高亮度全色LED 。通常，人们把光强为 1 cd 作为一般 LED 和高亮度 LED 的分界点。目前，制作高亮度LED 的材料主要为 AlGaAs 、AlGaInP 和 GaInN 。 AlGaAs 适用于高亮度红光和红外LED ， 用 LPE 制造 ; 与 GaAs 衬底晶格匹配的四元直接带隙材料 AlGaInP 的发光二极管量子效率高，发光波长范围覆盖了从 红光到黄绿光，因此高亮度红、橙、黄光光源常常采用AlGaInP 材料来生长器件。高亮度发光管在交通指示灯、全彩色户外显示及自动显示等方面得到了广泛的应用。 GaInN 适用于高亮度深绿、蓝、紫及紫外 LED, 用高温 MOVP 制造。自 1995 年以来，高亮度发光二极管(LED) 的市场每年以 %的平均增长速率增长， XX 年其销售额已达12 亿美元。如此快的增长速度是由于高亮度LED 的性能在不断提高，发光范 围扩展到覆盖整个可见光谱区，使得新的应用不断扩大的结 果，这正是以前 传统低亮度比 LED 不能达到的效果。LED 的性能通常是由制作它们所用的材料和组装 灯的性能而决定的，所使用的材料一般为AlGaAs 、 InGaAlP和 InGaN 。特别在蓝光 InGaN LED 中再掺入一种光材料，能 获得发白光的 LEB 利用这三种材料中的任意一种制作的标 准 5mm 丁，其发光强度至少有几百毫坎。目前用这三种材料制作的最好的灯，极易实现 10cd 的发光强度。预计高亮度LED 的发光效率应大于 5lm/W。自从 GaAsP LED 开始，连续不断的科研成果使LED 的发 光效率 （lm/W） 提高的速度达到每 10 年提高 10 倍, 30 年竟提 高了1000 多倍，导致今日的 LED 比之通用光源白炽灯甚至 卤素灯具有更高的效率。用于制造高性能 LED 的材料、器件和相应的技术示于表2。 AIGalnP LED 是 1991 年由美国 HP 公司的 Craford 等人和 日本东芝公司研制成功，并于 1994 年采用低压金属有机物 化学气相淀积（ LPMOCVD 技术改进成功，通常采用 GaAs 作衬底。其后 Craford 等人又开发了 GaP 透明衬底技术，将红色和黄色双异质结材料制成 LED 其发光效率提高到 20Im/W ，这就使 LED 的发光效率超过了白炽灯的 15Im/W ，后又提高到4050lm/W ，最近再加上多量子阱结构，红光达到/W 。而在近两年来采用截头锥体倒装结构技术，红、黄光 LED 可分别达到 102lm/W 和 68lm/W ，外量子效率提高了 57 倍。用此材料制成的绿光（ 525nm ） LED ，也达到了 18lm/W 。台湾的 UEC 公司 最近研制成用透明胶质粘接蓝宝石晶片到外延片正面，再移 除 GaAs衬底的方法，制成了 GB 黄色 InGaAlP LED ，发光效 率达到40lm/W o 目前已推广到红色LED, 效果也很好。高性能的 InGaN LED 于 1993 年由日本 Nichia Chemical 公司的 Nakamura 博士研制成功。他在用 InGaN 材料设计研 制双异质结紫外光激光器时，一通电竟然跳出来一个灿烂夺 目的超高亮度蓝光 （450nm ） LED, 光强达到 12cd, 采用的方法 是双气流 （TF）MOCVD 在器件工艺中采用了氮气氛下热退火 制作 InGaNP 型层的新工艺。不久日亚推出了以蓝色LED 芯片上覆盖以钇铝石榴石为主体的荧光粉制成的白色发光二极管。它是由蓝光激发荧光粉产生黄绿光并与蓝光合成的白 光，由于荧光光谱较宽，几乎覆盖了整个可见光谱范围，所 以合成的白光的显色指数可达到 8085 ，亮度目前已达到， 发 光效率也达到了 25lm/W 。超高亮度发光二极管性能水平列于表3 。表中 DH 为双异质结， TS 为透明衬底， MQV 为多量子阱， TIP 为截头倒装堆体，SQW 为单量子阱。表中“外量子效率”一栏中未给出数据的是指20mA 下的外量子效率。