7.半导体照明发光材料
半导体发光材料
半导体发光材料半导体发光材料是一种在电流或电场的作用下能够发出可见光的材料。
它们通常是由半导体材料构成的，具有直接能隙结构，能够实现电子和空穴的复合，从而产生光子。
半导体发光材料在现代光电子技术中具有广泛的应用，如LED、激光器、光电探测器等。
本文将从半导体发光材料的基本原理、材料种类以及应用领域等方面进行介绍。
半导体发光材料的基本原理是通过外加电场或电流使得电子和空穴发生复合，从而释放出能量，产生光子。
这种发光过程是一种固体物理学中的直接能隙辐射过程。
在半导体材料中，电子和空穴可以通过外加电场或电流被激发到激子态，当激子复合时，就会释放出光子，产生发光现象。
根据材料的不同，半导体发光材料可以分为多种类型，包括有机发光材料、无机发光材料、量子点发光材料等。
有机发光材料通常是指含有碳、氢、氧、氮等元素的有机化合物，如聚合物发光材料、有机小分子发光材料等。
无机发光材料则是指由无机化合物构成的发光材料，如氧化锌、氮化镓等。
而量子点发光材料是一种新型的半导体纳米材料，具有优异的光电性能和发光特性。
半导体发光材料在LED、激光器、光电探测器等领域有着广泛的应用。
LED作为一种新型的绿色照明光源，具有节能、环保、寿命长等优点，已经逐渐取代了传统的白炽灯和荧光灯。
激光器则是一种高亮度、高单色性、高方向性的光源，被广泛应用于通信、医疗、制造等领域。
光电探测器则是利用半导体发光材料的光电特性来实现光信号的转换和检测，广泛应用于光通信、光谱分析、遥感探测等领域。
总的来说，半导体发光材料作为一种重要的光电功能材料，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和发展，相信半导体发光材料将会在更多的领域得到应用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
led 材料
led 材料LED材料。
LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光器件，具有节能、环保、寿命长等优点，被广泛应用于照明、显示、指示等领域。
LED的性能和品质受到材料的影响，下面将介绍LED材料的种类和特性。
1. 发光材料。
LED的发光材料主要包括氮化镓（GaN）、磷化铝（AlP）、碳化硅（SiC）等。
其中，氮化镓是目前用于LED的主要发光材料，具有较高的发光效率和稳定性。
磷化铝用于白光LED的发光材料，具有良好的色温调节性能。
碳化硅是一种新型的发光材料，具有较高的热稳定性和光电性能，适用于高温高压环境下的LED应用。
2. 衬底材料。
LED的衬底材料主要有蓝宝石、氮化镓、碳化硅等。
蓝宝石是LED的常用衬底材料，具有优良的热导性和光学性能，适用于蓝光LED的制备。
氮化镓衬底材料具有与LED发光层匹配的晶格结构，有利于提高LED的发光效率。
碳化硅衬底材料具有较高的耐高温性能和热导率，适用于高功率LED的制备。
3. 封装材料。
LED的封装材料主要包括环氧树脂、硅胶、陶瓷等。
环氧树脂是LED封装的常用材料，具有良好的绝缘性能和机械强度，适用于一般照明和显示LED的封装。
硅胶具有较好的耐高温性能和抗紫外线性能，适用于户外LED的封装。
陶瓷材料具有良好的导热性能和耐腐蚀性能，适用于高功率LED的封装。
4. 散热材料。
LED的散热材料主要包括铝基板、铜基板、陶瓷基板等。
铝基板具有良好的导热性能和加工性能，适用于一般LED的散热。
铜基板具有较高的导热性能和机械强度，适用于高功率LED的散热。
陶瓷基板具有良好的绝缘性能和耐腐蚀性能，适用于特殊环境下的LED的散热。
5. 封装胶。
LED的封装胶主要包括硅胶、环氧树脂等。
硅胶具有良好的耐高温性能和抗紫外线性能，适用于户外LED的封装。
环氧树脂具有良好的绝缘性能和机械强度，适用于一般照明和显示LED的封装。
总结。
LED材料是LED器件的重要组成部分，不同的材料对LED的性能和品质有着重要的影响。
半导体照明材料考核试卷
B.硅
C.镓
D.稀土元素
9.下列哪种结构是LED芯片的基本结构？（）
A. PN结
B. PIN结
C. Schottky结
D. MESFET结构
10.下列哪种因素会影响半导体照明材料的发光效率？（）
A.温度
B.电流
C.材料纯度
D.所有选项
11.下列哪种材料具有较大的带隙宽度，适用于紫外线LED的制造？（）
半导体照明材料考核试卷
考生姓名：__________答题日期：__________得分：__________判卷人：__________
一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.半导体照明的核心材料是？（）
A.金属导体
B.硅材料
C.半导体材料
A.铝
B.硅
C.砷化镓
D.硫化锌
6.目前应用最广泛的半导体照明材料是？（）
A. InGaAlP
B. GaN
C. SiC
D. ZnSe
7.下列哪种材料体系适用于制造高效率、高亮度的蓝光LED？（）
A. InGaAs
B. GaN
C. AlGaInP
D. ZnCdSe
8.半导体照明材料中，哪种掺杂元素可以增加材料导电性？（）
A.材料的带隙宽度
B.量子阱结构的设计
C. LED的散热性能
D.驱动电路的设计
2.半导体照明材料中，以下哪些元素常用作n型掺杂剂？（）
A.硅
B.锗
C.硒
D.稀土元素
3.以下哪些材料可以用于制造白光LED？（）
A. InGaAlP
B. GaN
半导体照明器件的色品图分析考核试卷
3.办公室、商场等需准确显示物体颜色，应选高显色指数的LED；而医院、教室等注重舒适度，可选中性白光LED，色温在3000-5000K之间。
4.温度升高，LED的色坐标向黄色方向偏移。通过选择温度系数小的材料、设计散热结构等措施，可提高光色稳定性。
A.绿色
B.蓝色
C.红色
D.黄色
13.在半导体照明器件中，以下哪个因素会影响色品图分析的结果？()
A.封装材料
B.环境温度
C.观察者的视觉特性
D.所有以上
14.以下哪个坐标系用于描述颜色的均匀性？()
A. CIE 1931 XYZ
B. CIE 1976 UCS
C. CIE 1931 xyY
D. CIE 1960 UVW
A.硅
B.砷化镓
C.铜氧化物
D.铝
2.半导体照明器件中，哪个参数可以描述颜色的准确性？()
A.亮度
B.色温
C.色纯度
D.效率
3.以下哪个单位用于表示色品图中的色坐标？()
A.尼特（nt）
B.开尔文（K）
C.勒克斯（lx）
D.坐标（无量纲）
4.在CIE 1931标准色品图中，以下哪个坐标点代表白光？()
A.接近原点的区域
B.沿着等色温线的区域
C.沿着等亮度线的区域
D.远离原点的区域
17.以下哪些因素会影响LED器件的寿命？（）
A.驱动电流
B.器件温度
C.环境湿度
D.色温
18.以下哪些条件有利于提高LED器件的色纯度？（）
A.优化的封装材料
半导体发光材料的研究与应用
半导体发光材料的研究与应用随着科技的快速发展，人类对材料的要求也日益增高。
在众多材料中，半导体发光材料因其广泛的应用前景而备受关注。
其主要特点是在外界的激励下会发射可见光，具有高效能、高亮度、长寿命等优势，被广泛应用于LED照明、平板显示、激光器等领域。
本文将从半导体发光材料的基本结构、制备工艺以及应用发展等方面探讨其研究与应用现状。
一、半导体发光材料的基本结构半导体发光材料主要由三个部分组成，即发光源、能带结构和载流子注入层。
其中，发光源是决定材料发光颜色和亮度的关键因素，能带结构则是一种特殊的材料结构，其能带间隔会影响载流子的能级变化，进而影响材料的发光效果。
而载流子注入层则可以提高发光效率，使电子和空穴在载流子注入区间流动时透过层与发射源相遇，从而实现高效的激发和发光。
二、半导体发光材料的制备工艺半导体发光材料的制备工艺主要包括物理气相沉积、蒸镀法、溶液法和离子激发等。
其中，物理气相沉积是目前最常见的一种制备工艺。
其基本原理是将高纯度的单质金属蒸发或气化成为原子状态后，通过控制物理气相反应条件，使其在合适的反应介质中进行沉积反应，从而实现半导体发光材料的制备。
这种制备工艺具有高纯度、较低的成本等优势，但制备过程中需要耐心调节各项制备参数，也容易出现受到外界扰动后的材料不一致等问题。
三、半导体发光材料的应用发展近年来，半导体发光材料的应用领域日益扩展。
其中，LED照明成为切实可行的实现节能减排的新技术，被迅速工业化，目前半导体照明在市场规模、节能潜力等各个方面的优势逐步显现。
其次，绿色激光器的研究可为制备出新型的显示屏、激光打印机等高效、高色彩还原的光电应用设备提供支撑。
再者，纳米发光材料的应用研究为强化显微成像、荧光探测、生物传感等提供了新的解决方案。
总之，半导体发光材料是一种非常重要的材料，其在照明、显示等领域中的应用前景是非常广阔的。
未来发展方向包括提高光电转换效率、实现低成本制备、开发更多新型的功能性半导体发光材料等，这也将进一步推动半导体发光材料在各个领域的广泛应用。
半导体发光材料
半导体发光材料半导体发光材料是一种能够将电能转化为光能的材料，它在当今光电技术中发挥着重要的作用。
半导体发光材料的发展与应用已经极大地推动了显示技术、照明技术、激光技术等领域的发展，同时也为我们提供了更多的科技产品和便利。
半导体发光材料主要有发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）两大类。
这两种材料的基本原理是通过施加电压使半导体中注入的电子跃迁到较低的能级，产生能量差大于光子能量的电子，从而激发发射特定波段的光。
其中，LED通过不同的材料和掺杂方法可以发射不同波长的光，实现了全彩色显示和照明；LD则可以实现高功率紧束的单色激光输出，广泛应用于光通信和材料加工等领域。
半导体发光材料具有许多优点，首先是高效能。
较传统的光源如白炽灯和荧光灯，半导体发光材料的能量转换效率更高，可以将电能转化为光能的比例提高至40%以上，大大节省了能源消耗。
其次，寿命长。
半导体发光材料的寿命能达到上万小时，远远超过传统的光源，大大减少了更换光源的频率和维护费用。
再次，体积小。
半导体发光材料具有小体积、轻质量等特点，方便了集成和应用。
以LED为例，它可以制作成各种不同形状的灯珠，方便用于各种光电产品。
半导体发光材料的应用领域非常广泛。
在显示技术方面，LED 已经广泛应用于室内和室外的显示屏幕、电视背光、车辆尾灯等领域，实现了更加真实、生动的图像和视频展示效果。
在照明技术方面，LED灯泡以其高效能、寿命长的优势逐渐取代了传统荧光灯和白炽灯，成为主流的照明光源。
在激光技术方面，半导体激光器不仅成为了医疗美容领域的重要工具，还在工业加工、光通信等领域发挥着重要作用。
然而，半导体发光材料也存在一些问题和挑战。
比如，半导体材料的成本较高，也对环境有一定的污染，需要进一步降低材料成本和环境污染。
此外，虽然已经取得了很大的进展，但半导体发光材料的颜色纯度和光输出强度仍有提高的空间，需要进一步研究和改进。
总之，半导体发光材料是当今光电技术中不可或缺的重要组成部分，它的出现和发展改变了我们的生活和工作方式。
半导体发光材料的研究及其应用
半导体发光材料的研究及其应用半导体发光材料是一种光电材料，具有磷光和电致发光等特性。
它的应用范围很广，从普通的照明到高端的科技领域都有用到。
半导体发光材料的研究与应用是一项热门的科技领域，在很多国家的企业和研究机构都拥有重要地位。
一、半导体发光材料的基本原理半导体发光材料发光的基本原理是在外电场或外光激发的作用下，材料的原子或分子跃迁会产生一个光子，使得材料发出光。
半导体作为一种典型的半导体材料，具有广泛的用途和优越的性能。
它在照明、显示、通讯、电子、生物等领域都有着巨大的应用潜力。
二、半导体发光材料的种类和特点半导体发光材料种类繁多，其中最具代表性的是LED。
LED的生产和应用已成为半导体电子产业中的重要分支。
在IC封装、显示、数字信息处理等众多领域，LED的应用已经得到广泛的推广。
与传统的照明设备相比，LED具有高亮度、低电压、低热量、长寿命、易调节等诸多优点。
此外，半导体发光材料还包括荧光材料、散射材料等，其作用各异。
三、半导体发光材料的应用1. 照明行业。
LED的应用在照明行业上已经得到了极大的发展。
它以低功率高亮度的光源，成为了照明行业复兴的主角，同时因其无汞、无紫外线辐射等特性，成为高效、环保的替代品。
2. 显示行业。
LED显示屏、OLED等技术都是半导体发光材料应用在显示行业的代表。
它不但具有亮度高、功耗低、分辨率高等特点，同时还具有高度灵活的可塑性，可以满足各种复杂环境下的显示需求。
3. 通讯行业。
LED通讯是利用半导体的发光原理进行无线通讯，已成为近年来通讯领域的最新宠儿。
LED通讯主要具有频谱隔离、安全可靠、能量有效等优势，因此在安保、机场、商场等各领域展现出更广泛的应用空间。
4. 生物检测领域。
半导体发光材料在生物医学检测和药物研发方面也有广泛的应用。
通过荧光信号的检测，实现对生物分子、生命体系的快速便捷、高灵敏检测。
四、半导体发光材料的未来发展半导体发光材料作为未来科技领域的热门方向，未来的发展需注重以下几方面。
半导体照明及无机发光材料
制备举例
赵文卿等采用溶胶凝胶法制备出了 Y3Al5O12 ： Ce3+黄色荧光粉。 制备的荧光粉样晶体结构为钇铝石榴石结构， 合成过程的晶化温度为900 ℃，而传统的高温固 相合成法 (1400 ℃以上)。 经过扫描电镜的测试，可以看出样品颗粒非常 细小，平均粒径可达到5μm,优于市售的荧光粉。 制备的 YAG黄色荧光粉，激发光谱为双峰结构， 在近紫外340nm有一激发峰，在可见光区有一最大 激发峰位于455nm处。其发射光谱为在可见光区的 宽谱，最强发射峰位于530nm。
半导体发光原理示意图
三、无机发光材料 （1）组成 无 机 发 光 材 料 基质 激活剂荧光粉的主要组成部分，主要起 禁锢激活离子或吸收能量的作用。由于基 质中结构和化学键的不同，对基质中特定 发光中心的晶体场环境也不同，可以使某 些发光跃迁增强或减弱，还可以使某些发 光跃迁产生劈裂。因此，基质对荧光材料 的发光性能有重要的影响。
激活剂并不是在所有的基质中都可 以作为发光中心，只是相对于某种发 光基质而言的；敏化剂并不是对所有 的激活剂具有敏化作用，也只是相对 于某种基质中的某种激活剂而言的。
电荷补偿剂
由于离子电荷数存在差异，激活离子进 入基质晶格后可能会引起电荷的增加后减 少，并产生电荷缺陷。为了补偿激活离子 进入基质晶格所引起的电荷变化，以有利 于激活离子进入基质晶格和不影响激活离 子的发光性能，常常在基质晶格中引入电 荷补偿剂。例如在钛酸盐基质荧光材料中， 常用的电荷补偿剂一般为碱金属阳离子和 铝离子等。
溶胶-凝胶法与传统的高温固相反应相比的优 点：
●产品的均匀性好，使激活离子能够均匀地分布在
基质晶格中，有利于寻找发光体发光最强时激活 离子的最低浓度。 ●烧结温度比高温固相反应温度低，同时烧前已部 分形成凝胶，具有大的表面积．利于产物生成 。 ●产品的纯度高，且溶剂在处理过程中易被除去。 反应过程及凝胶的微观结构都易于控制，大大减 少了支反应的进行 。 ●使带状发射峰窄化，同时提高发光体的相对发光 强度和相对量子效率。
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ZnO
• ZnO具有铅锌矿结构，a =0.325 33 nm，c =0.520 73 nm， z =2，空间群为C46ν-P63mc。作为一种宽带隙半导体材 料，其室温禁带宽带为 3.37 ev，自由激子束缚能为 60 meV。ZnO与GaN的晶体结构、晶格常量都很相似，晶 格失配度只有 2.2 %（沿<001>方向）、热膨胀系数差异 小，可以解决目前 GaN 生长困难的难题。
式中 Eg 的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在 380nm 紫光～780nm 红光），半导体材料的 Eg 应在 3.26～1.63eV 之间。 比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极 管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
11
传统发光二极管所使用的无机半导体物料
• 随着光电技术的进步，ZnO 作为第三代半导体以及新一 代蓝、紫光材料，引起了人们的广泛关注，特别是 p 型 掺杂技术的突破，凸显了 ZnO 在半导体照明工程中的 重要地位。尤其与 GaN 相比，ZnO 具有很高的激子结 合能（60 mev），远大于 GaN（21 meV）的激子结合 能，具有较低的光致发光和受激辐射阈值。
5
发光原理
• 当发光材料受到激发（射线、高能粒子、电子束、 外电场等）后，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、紫外或是近红外的辐射波长，此过程称之 为发光过程。
6
2. 半导体照明
• 半导体照明，亦称固态照明，是利用固体半导体芯 片作为发光材料(LED)，在半导体中通过载流子发生 复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、 黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
27
铈掺杂钇铝石榴石
• 1993年，日本日亚化学公司的Nakamura 首次成功 研制出氮化物 LED，实现了蓝光半导体发光，并于 1996年以黄光系列的钇铝石榴石荧光粉配合蓝光发 光二极管，实现了白光 LED。由此开始，白光 LED 得到了广泛的应用。
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YAG：Ce3+ 发光机理
• YAG：Ce3+ 发光机理来自基态 4f1和激发态5d1带间 允许的电子跃迁。发射光谱来自斯托克斯位移了的 2D带到 2F5/2（520 nm）和 2F7/2（580 nm）子能级的 跃迁。在室温下，两组发射线交叠，产生一个宽带， 能级如图6-3所示。由于 460 nm 附近的激发峰与蓝 光发光二极管的峰值波长一致，同时也接近效率最 高的二基色体现短波部分的波长（445 nm），而且 其发射光谱与补色相符合（570~590 nm），从而复 合产生白光。
GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP
GaAsP
磷化镓 硒化锌 铟氮化 GaP ZnSe InGaN SiC 镓 碳化硅
氮化镓(GaN)
绿色
高亮度的橘红色，橙色， 黄色，绿色 红色，橘红色，黄色 红色，黄色，绿色
绿色，翠绿色，蓝色
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LED的特点
• 高节能：同等亮度下，耗电较小，节能80%以上； • 寿命长：LED亮度半衰期通常可达10万小时。 • 响应快：可在几十纳秒内响应，是一种高速器件。 • 易调色：可以通过流过电流的变化控制亮度，也可
• 1879年爱迪生发明白炽灯（第一代）； • 直管荧光灯将电光源带入新天地（第二代）； • 高压钠灯大大提高了照度（第三代）； • LED将人类带入第四代照明技术。
4
发光与发光材料
• 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。
• 将受外界激发而发光的固体称为发光材料。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。
半导体照明发光材料
内容
• 照明与发光材料概述 • 半导体照明 • 半导体发光材料 • 有机二极管发光材料
2
1. 人类照明的历史
• 火——从自然光到“热辐射光源”的跨越； • 油灯——延续历史几千年，从动物油到植物油，最
后又被煤油取代； • 电灯——人类照明史翻开崭新的一页。
中华第一灯
3
电光源的历史
22
氮化镓的结构特征
• GaN是优良的光电子材料，可以实现从红外到紫外 全可见光范围的光发射和红、黄、蓝三原色具备的 全光固体显示。
• 强的原子键、高的热导率和强的抗辐射能力，其光 跃迁几率比间接带隙的高一个数量级。GaN具有较 高的电离度，极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点 材料，熔点约为1700C。
以通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。 • 绿色环保：LED光源不存在汞、铅等污染物。
13
白光LED
• LED照明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前， 已商品化的白光LED多以蓝光单芯片加上YAG黄光 荧光粉混合产生白光。由于黄光会刺激肉眼中的红 光和绿光受体，再混合LED本身的蓝光，使它看起 来就像白色光。
14
白光LED的特性
• LED重要的光学参数是：发光效率、光通量、发光 强度、光强分布、波长。
通用照明领域对白光LED的光电性能的基本要求如下： (1)发光效率：约 100 lm/W（IF=350 mA）； (2)光通量：约 500 lm（=发光效率×正向电压×350 mA） (3)色温：3 000~8 000 K； (4)显色指数：大于 80； (5)寿命：1~5 万小时。
7
LED的结构
• 发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成， 具有单向导电性。
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。
8
LED工作原理
• 当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和 由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的 电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
25
Hale Waihona Puke iC• SiC 的晶体结构可以包括立方（3C）、六方（2H、 4H、6H…）以及菱方（15R、21R…）等。它们在 能量上很接近，结构上由六角双层的不同堆积形成。 最常见的形式是 3C（闪锌矿结构 ZB）。目前器件 上用得最多的是 3C - SiＣ、4H- SiC 和6H-SiC。
• SiC 是目前发展最为成熟的宽带半导体材料。它有 效的发光来源于通过杂质能级的间接复合过程。
16
3. 半导体发光材料
• 半导体发光材料是发光器件的基础。
➢ 第一代的半导体材料以硅（包括锗）材料为主元素的半导 体占统治地位。
➢ 以砷化镓（GaAs）为代表的第二代化合物半导体材料显 示了其巨大的优越性。
➢ 氮化物（包括SiC、ZnO等宽禁带半导体）为代表的第三 代半导体材料，由于其优越的发光特征正式成为最重要的 半导体材料之一。
17
半导体发光材料的条件
1. 半导体带隙宽度与可见光和紫外光能量相匹配； 2. 只有直接带隙半导体才有较高的辐射复合概率 ； 3. 有好的晶体完整性、可以用合金方法调节带隙、有可用的p
型和n型材料以及可以制备能带形状预先设计的异质结构和 量子阱结构。
18
半导体照明材料的分代
• 以硅Si为代表的半导体材料为第一代半导体材料
LED材料 铝砷化镓 砷化镓 砷化 镓磷化物磷化铟镓 铝 磷化镓（掺杂氧化锌)
材料化学式
AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO
颜色 红色及红外线
铝磷化镓 铟氮化镓/氮 化镓 磷化镓 磷化铟镓 铝 铝磷化镓
磷化铝铟 镓砷化镓 磷 化物 磷化铟镓铝 磷化 镓
磷砷化镓
InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP
20
砷化镓的特点
• GaAs拥有比Si还要好的电子特性，如高的饱和电子 速率及高的电子迁移率，使得GaAs可以用在高于 250 GHz的场合。如果等效的GaAs和Si元件同时都 操作在高频时，GaAs会拥有较少的噪声。也因为 GaAs有较高的击穿电压，所以GaAs比同样的Si元件 更适合操作在高功率的场合。
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YAG 的晶体结构及性能
• 钇铝石榴石的化学式为Y3Al5O12，或写为 3Y2O3·5Al2O3，其中Y2O3为57.06wt%，Al2O3为 42.94wt%，是一种综合性能（包括：光学、力学和 热学）优良的激光基质。因为Nd:YAG具有较高的 热导率和抗光伤阈值，同时三价钕离子取代YAG中 的钇离子无需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。
30
YAG 的晶体结构及性能
• YAG属于立方晶系，它的晶格常数为1.2002 ，它的 分子式可以写成：L3B2（AO4）3，其中：L，A，B 分别代表3种格位。在单位晶胞中有8个Y3Al5O12分 子，一共有24个钇离子，40个铝离子，96个氧离子。 每个钇离子各处于由8个氧离子配位的十二面体的L 格位，16个铝离子各处于6个氧离子配位的八面体的 B格位，另外24个铝离子各处于由4个氧离子配位的 四面体的A格位。八面体的铝离子形成体心立方结构， 四面体的铝离子和十二面体的钇离子处于立方体的 面等分线上，八面体和十二面体都是变形的，其结 构模型见图6-2。石榴石的晶胞可看作是十二面体、 八面体和四面体的连接网。
21
氮化镓(GaN)
• 氮化镓(GaN)是第三代半导体材料，具有更高的热导 率(GaN的热导率是GaAs的3倍)、化学稳定性好(不 易被腐蚀)和更强的抗辐射能力，因此使用氮化镓材 料制作的芯片可以承受更高的工作结温,同时具有更 高的击穿电场强度和的散热特性，以及拥有更大的 功率密度和放大器增益。
• GaN 是一种宽禁带半导体(Eg=3.4 ev)，自由激子束 缚能为25mev，具有宽的直接带隙，Ⅲ族氮化物半 导体InN、GaN 和AlN的三元合金的带隙可以从 1.9eV连续变化到6.2eV， 这相应于覆盖光谱中整个 可见光及远紫外光范围。