半导体光电技术范文1
关键词：新型氧化物半导体光电极；合成；浅析
中图分类号：TM914.4
1 新型氧化物半导体光电极合成的开发背景
对二氧化碳的排出进行有效的抑制，有效运用可再生能源等在摆脱对化石资源的依赖、构建可持续发展的社会中具有重要的作用和意义。太阳能在可再生能源中具有最为庞大的潜力，但是由于技术条件的限制，太阳能还没有得到充分有效的利用。各种太阳能转换利用技术如图1所示[1]。
1 各种太阳能转换利用技术图
在各领域中，“人工光合成”的含义各不相同，依据目的，我们可以将其定义为运用太阳能使低能量的物质向高能量的物质转化，然后储存起化学能的技术，低能量物质如水、氮等，所转化成的高能量物质如氢、氨等。完成这一过程的途径是有机结合金属络合物或粉末光催化剂、传送电子的氧化还原物等，其中金属络合物和叶绿素作用相同，粉末光催化剂包括有机色素、半导体等。运用光电极或氧化物半导体的光催化剂大大减小了制造的难度。此次的半导体光电极是电极化形态，存在于板状或膜状的半导体中，连接物质为导线，其结构为用导线流动光照产生的光电流。
太阳电池可以运用半导体光电极，但是一般情况下，电流产生的途径是光能，化学能由其所发生的氧化还原反应转换而来，然后将其储存起来以备用。1972年，有关学者首次在分解反应的研究中运用了氧化钛单晶半导体，日本研究者称其为“本多效应”，意为是日本开发了在制氢的过程中运用氧化物半导体光电极对水进行分解的太阳能转换技术。同时，他们还对光电极半导体材料进行了分类，将其分为两类，即氧化物体系和非氧化物体系[2]。90年代，科学家在导电性剥离上调制出了单纯的氧化物，所使用的方法是用纳米结构的“多孔半导体薄膜”湿法[3]，此次所运用的材料就是氧化物类材料，成膜之后显著提升了其性能，对其的研究最为迅速的地方是欧洲。由于和光催化剂的分离原理相同，因此每个纳米微粒中的电荷分离原理又被成为“光催化剂电极”。“太阳光制氢技术”将氢和氧从水中直接分解出来所使用的手段是光催化剂和光电极，具有较低的成本，因此在未来氢能社会的构建过程中，可以将其作为基础技术[4]。目前，各地正在对其进行不懈的深入研究。
2 新型氧化物半导体光电极合成中的氢气制备
在制氢的过程中对水进行分解时运用氧化物半导体光电极时，从理论上来说，水的分解反应中电解电压为1.23V，但是实际情况是，在过电压的影响下，要想使分解反应正常进行，电解电压必须大于1.6V。但是，在辅助电源电压较低且运用光电极的情况下，低成本制氢是具有极大的发展前景的。此次光电极辅助电压只需要0.7V，随着科技的不断进步，光电极辅助电压可能达到0V。
氧化钛的单晶体或高温烧结体是研究的初级阶段所使用的材料，但是其无法对紫外线进行充分的应用。随后，以欧洲为中心，世界范围内逐渐盛行起杂导电性基板上运用湿法成薄膜将多孔质电极制作出来的研究，在这一过程中对可见光的氧化物半导体材料进行了充分的应用，所使用的材料为氧化物或三氧化二铁。n型是多数氧化物半导体的类型，最适于生成氧的那一侧电极，涂覆后在空气中烧制成膜，有利于大面积制作。但是，太阳能制氢具有较低的转换效率，只有促进单层转换效率的显著提升，才能使其实用化。此次研究的出发点为对电荷进行有效的抑制，然后和增大光吸收有机结合起来，在大幅度提升转换效率的过程中运用三种氧化物半导体薄膜多重叠层等方法。半导体光电极分解水制氢体系如图2所示[5]。
2 半导体光电极分解水制氢体系
半导体光电对光进行吸收之后，激发价带电子到导带。这导带的电子送入电极的途径是通过辅助电源的作用，对水进行有效的还原从而将氢制作出来这一全过程在电极上进行。由于导带的电子具有较高的能量，因此即使水的分解电压高于辅助电源太阳电池的电压，电子也能被送入电极。此外，空穴在价带电子被激发走后形成，“正孔”是其中一部分，形成的原因是正电荷带电。由于“正孔”极易氧化，将电子从其他物质中夺取过来，因此在光电极侧氧化水促使氧产生。在这种情况下，和只用点样电池水分解制氢相比，光电极在分解水时位于低电位，性能一旦被提升，将极易实现整个体系的成本化。
3 新型氧化物半导体光电极合成的技术前景
光电极制作运用三种半导体层叠的方法，并使水解反应发生在浓度较高的碳酸盐电解液中，能够达到0.85%的太阳能转换效率。进一步层叠这样的二块光电极，将光封闭其中的结构制作出来，同时使水解反应发生在浓度较高的碳酸盐电解液中，能够达到1.35%的太阳能转换效率[6]。氧化物光电极没有添加贵重金属，已经使光电极的最高值翻了一倍。
在对水的分解过程中运用这种层叠氧化物光电极的系统，从电极中产生氢的气泡，从光电极中产生氧的气泡。对现阶段的材料进行有效的利用能够将水分解的电解电压降低至少40%，有利于实现水分解制氢的低成本化。该技术显著提升了光电极的太阳能转换效率，辅助电源电压需要随着光电流的增大而降低。半导体能够对长波长的可见光进行充分的利用，具有更大的导带准位负值和较高的电荷分离效率，这三个特征是其开发变得更有意义。
目前，有关学者正在进行高速筛选试验，试图在较短的时间内，在无数复合材料及各种组合中，对机器人系统进行自动的探寻并将其开发出来，该机器人系统运用最理想的半导体材料，具有最适合的多层组合膜结构。同时，在对材料进行探索的基础上，对光电极的调制方法进行有效的改良，从而促进太阳能转换效率的显著提升。未来在浓度较高的碳酸盐中氧化还原碳酸离子，从而解明水分解的详细机理，最终促进水分解系统效率的显著提升。
参考文献：
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半导体光电技术范文2
[关键词]固态平板；发光二极管；氮化镓；碳化硅
中图分类号：O43
文献标识码：A
文章编号：1006-0278（2013）08-177-01
微电子技术的发展大大促进了纳米技术在平板显示技术方面的应用，目前已经开发和应用的各类平板显示技术有：液晶显示技术（LCD）、等离子体显示技术（PDP）、场致发射显示技术（FED）、电致发光平板显示技术（ELD）、真空荧光平板显示技术（VFD）和发光二极管技术（LED）等。众多研究成果表明氮化镓（GaN）及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围；碳化硅也可在可见光区内有效发光，因此，氮化镓和碳化硅两种材料是近年来研究的比较多的全色光电材料。另外，与硅平面技术相容的离子注入SiO2薄膜材料，可以获得几乎遍布整个可见光区的光发射。
一、GaN材料
GaN材料研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，GaN材料所具有的禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和速度高、热导率大、物理化学性能稳定等诸多优点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SiC、金刚石等宽带隙化合物半导体材料一起，被誉为是继第一代Ce、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料，它具有优良的光学性能，可作出高性能的发光器件，GaN基LED的发光波长范围可从紫外到可见光区。
GaN材料制作的可见光区发光器件已取得令世人瞩目的进展。2002年，化成OPTONIX、STANLEY电气、三菱电线工业联合开发了发光效率达301m/W的白色发光二极管（LED）。该LED在发出波长382nm紫外光的GaN类（紫外LED）中配合使用了将紫外光分别转换为红色光、绿色光、蓝色光的荧光体材料。同年，美国Kopin公司成功地开发出了以+2.9V电压驱动的氮化镓蓝色发光二极管（LED），该LED在驱动电压+2.9V、驱动电流20mA的情况下达60cd/m2。
二、SiC材料
近年来，又由于SiC材料具备独特的性质：宽禁带、高击穿电场、高漂移饱和速度、高导热率、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性好，使其在光电器件、高频大功率、高温半导体器件等方面具有巨大潜力而备受青睐。SiC有250多种多型体，每种多型体的C/Si双原子层的堆垛次序不同，最常见的是立方密排的3C-SiC和六角密排的6H和4H-SiC，不同多型体的电学性能和光学性能不同。
由于SiC具有高击穿电场、高饱和迁移速度和高热导率的优点，使其在高压应用方面优于硅和砷化镓。更值得指出的是，高击穿电场和宽禁带的特点有利于开发高电压、大电流SiC功率器件，并且在很大程度上缩小体积，从而获得了相当于Si器件十倍以上的功率密度。由于宽禁带和高热导率，其工作温度达600度以上。此外，采用SiC器件的功率系统可极大程度地降低对散热的要求，又可进一步缩小体积。对于许多高温和大功率应用领域，目前几乎所有功率器件都采用Si工艺。硅功率器件在电学上的缺点是带隙小、器件结温低、典型温度不超过150℃。低结温导致硅功率器件不适于许多要求高温工作的场合。尽管有时采用外部冷却使其能应用于工作温度较高的设备中，但是冷却系统庞大体积和重量使其失去实用价值。相比之下，SiC功率器件是很有前途的。
三、纳米硅薄膜材料和离子注入SiO2材料
根据对半导体发光材料和器件的发展和现状分析，纳米硅薄膜材料和离子注入SiO2材料在发光二新型低维人工半导体材料，它具有新颖的结构特征与独特的物理性质。nc-SiH膜具有电导率高（10-3～10-1Ω-1·cm-1）、电导激活能低（E=0.11eV～0.1eV）、光热稳定性好、光吸收能力强、易于实现掺杂、具有明显的量子点特征等特性。
在硅单晶衬底上生长SiO2经Si离子注入和适当的退火可以获得红、黄蓝三种波长的发光，其发光强度可与多孔硅相比拟。蓝光谱波长为470nm，它是由氧空位缺陷发光，黄光峰也是由缺陷引起，而红光峰则是由注入的过剩S聚集成纳米晶粒，因量子限制效应而发光。离子注入SiO2发光，其意义在于，首先在一种材料上可获得红、黄、蓝全部三种基色，为全色固态现实提供了可能；其次，扬弃了多孔结构和电化学工艺，在工艺上完全与硅平面工艺相容。
半导体光电技术范文3
关键词：LED；专利分析；Nichia；Cree
The U.S. patent analysis in LED field of Nichia and Cree
LUO Jia-xiu
（Ministry of Industry and Information Technology Software
and Integrated Circuit Promotion Center, Beijing 100038, China）
Abstract:Based on the U.S. patent analysis in LED field of Nichia and Cree, we found that the LED U.S. patent application quantities of Nichia and Cree both have an increasing trend in recent years; their U.S. patent technologies mainly focused on semiconductor devices with energy barrier, methods or equipment of manufacturing or processing, electrode and other components, etc; but Nichia focused more on light-emitting materials, and Cree focused more on single crystal growth. This paper also analyzed different patent strategies of Nichia and Cree, and highlighted what Chinese related enterprises could learn from them.
Keywords: LED; patent analysis; Nichia; Cree
1 引言
全球LED产业格局为美国、亚洲、欧洲三足鼎立，作为LED第一阵营内的日本日亚化学公司（Nichia）和美国科锐公司（Cree）拥有核心技术和专利，在GaN基蓝光LED、白光LED和SiC衬底等技术上处于国际领先地位。Nichia和Cree通过技术战、市场战、专利战，和其他几大LED巨头逐渐垄断了高端产品市场，已形成LED的第一梯队和专利交叉网。分析Nichia和Cree的专利布局，研究二者迥异的专利策略，对于作为LED产业新加入者的我国相关企业具有规避侵权风险、突破知识产权壁垒等重要的现实意义。
2 Nichia和Cree半导体
照明领域美国专利检索结果
采用美国专利商标局，专业的专利检索工具、公司网站信息查询和网络信息检索相结合的方式，以专利申请人作为查询对象分别对Nichia和Cree及其母公司、母公司所有的子公司、曾收购的公司进行检索查询，之后人工筛选出属于半导体照明领域的专利。
截止到2010年7月，检索到Nichia和Cree 半导体照明领域的美国专利分别为597件和735件。
3 Nichia和Cree半导体
照明领域美国专利布局分析
根据检索结果，对Nichia和Cree 半导体照明领域的美国专利布局进行分析。
3.1 公司概要
Nichia
日亚化学，著名LED芯片制造商，日本公司，成立于1956年，开发出世界第一颗蓝光LED（1993年），世界第一颗纯绿光LED（1995年），与此同时，它又是以荧光粉为主要产品的规模最大的精细化工厂商。
技术优势：①第一只商品化的GaN基蓝光LED/LD；②拥有目前最好的荧光粉技术；③拥有蓝光激发黄色荧光粉技术专利；④蓝宝石衬底外延生长技术。
Cree
科锐公司建于1987年，位于美国加利福尼亚洲。研制开发并生产基于碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、硅（Si）和相关化合物的材料与设备。公司的产品包括绿光、蓝光和紫外光 LED，近紫外激光、射频和微波半导体器件，电源转换器件和半导体集成芯片。
技术优势：①SiC基Ⅲ族氮化物外延、芯片级封装技术；②大功率芯片和封装技术。
3.2 年度申请量统计分析
图1所示的是Nichia和Cree半导体照明领域美国专利年度申请量统计。可以看出，Nichia申请专利的时间较早，始于1984年，1984年～2000年，专利年度申请量一直维持较低水平（11件以下），从2001年开始专利申请量迅速增加，2002年～2008年，专利申请量一直维持较高水平（平均年度申请73件），形成一个“平台”，其中2003年和2005年是专利申请量的两个高峰，分别为106件和93件，2009年～2010年专利申请量出现下降，可能与专利公开滞后性等因素有关，不能客观反映真实情况。总体来看，近年来Nichia半导体照明领域美国专利申请量呈稳定增加态势。Cree由北卡罗来州立大学（North Carolina State University，简称NCSU）的毕业生共同创立，其早期的技术完全来自于NCSU。Cree发展历程分为三个阶段：（1） 1987年～1998年为创立阶段，主要的发展在于寻找SiC合适的应用与产品；（2） 1999年～2003年为第二阶段，确立以LED为主要的产品，强化核心能力，建立竞争壁垒；（3） 2004年～至今为第三阶段，实现LED照明的应用，并进行照明产业的垂直整合。可以看出，Cree相当重视知识产权，早在1987年成立之初，就取得由Davis实验室的SiC研究成果专利的独家授权，之后也不断地申请积累专利。1998年～2003年Cree公司半导体照明领域美国专利申请量缓慢增加，但涨幅不大；2003年～2007年，专利申请量大幅增加，2007年专利申请量达到顶峰（169件），2008年～2010年，专利申请量出现下降。不过由于专利申请18个月后公开的限制还有部分专利申请未被公开，所以2008年～2010年的专利申请量下降不能真实反映实际情况。
由于欧盟、美国和韩国的国家半导体照明计划都是在2000年启动的，中国的“国家半导体照明计划”是在2003年启动的，所以上述申请量峰值可能与各主要国家和地区的半导体照明计划有关，即各主要国家和地区半导体照明计划的相继制定推动了Nichia和Cree相关专利加速布局。伴随着LED应用推广，Nichia和Cree的半导体照明领域美国专利申请量均在最近十年增加较为迅速，说明Nichia和Cree都很重视美国市场，积极在美国进行专利布局。
3.3 高产发明人统计分析
在Nichia公司半导体照明领域美国专利（共597件）中，前10位发明人（只考虑了第一发明人）共申请专利229件，占总数的38%。其中Nakamura和Ishida是Nichia公司进行技术创新最主要的主力军，也是半导体照明领域企业应关注的发明人，其申请的专利（分别为44件和37件）占Nichia公司全部美国专利的7%和6%。Suenaga、Kamada和Shimizu是Nichia公司半导体照明领域美国专利申请的第二梯队，其申请的专利（分别为27件、24件和21件）约占Nichia公司全部专利的4.5%、4.0%和3.5%。
在Cree公司美国专利（共735件）中，前10位发明人（只考虑了第一发明人）共申请专利287件，占总数的39%。Negley、Edmond是Cree公司进行技术创新的第一梯队，其申请的专利（分别为61件和53件）占Cree公司全部美国专利的8%和7%。Slater、VAN DE VEN、Loh、Roberts和Saxler是Cree公司半导体照明领域美国专利申请的第二梯队，其申请的专利分别为33件、29件、29件、28件和20件，分别约占Cree公司全部专利的4%、4%、4%、4%和3%。
3.4 主要主IPC技术构成分析
Nichia公司半导体照明领域美国专利主分类号涉及H部、C部、F部、G部、B部和A部技术领域的70个IPC大组，其中26.99%集中在H01L33/00，其次为H01L21/00、H01L29/00、H01J1/00、C09K11/00、H01S5/00、H05B33/00，以上6个IPC大组占全部专利的36.73%，是Nichia研发的重点技术领域。Cree公司半导体照明领域美国专利主分类号涉及H部、F部、C部、G部、B部和A部技术领域的76个IPC大组，其中29.66%集中在H01L33/00，14.47%集中在H01L21/00，其次为H01L29/00、C30B25/00、F21V9/00、 C30B23/00、 H01L31/00、 F21V29/00、 H01L27/00，以上7个IPC大组占全部专利的26.08%，是Cree研发的重点技术领域。
表1所列的是Nichia和Cree 半导体照明领域美国专利前20位IPC分布，代表了Nichia和Cree的重点技术主题。可以看出，Nichia和Cree半导体照明领域前三位IPC均为H01L33/00（至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件；专门适用于制造或处理这些半导体器件或其部件的方法或设备；这些半导体器件的零部件）、H01L21/00（专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备）、H01L29/00（专门适用于整流、放大、振荡或切换，并具有至少一个电位跃变势垒或表面势垒的半导体器件；具有至少一个电位跃变势垒或表面势垒，例如PN结耗尽层或载流子集结层的电容器或电阻器；半导体本体或其电极的零部件），但二者在技术侧重点上也存在差异，如Nichia半导体照明领域美国专利申请中排第五位的C09K11/00（发光材料，例如电致发光材料、化学发光材料）技术主题，Cree并未申请专利。而Cree半导体照明领域美国专利申请中排第六位的C30B23/00（冷凝气化物或材料挥发法的单晶生长）技术主题，也不是Nichia的专利申请重点。
3.5 专利类型分析
在Nichia公司半导体照明领域597件美国专利中，发明专利为453件，外观设计专利为144件，即在其专利申请中，发明专利占大部分，达76%。在Cree公司半导体照明领域735件美国专利中，发明专利为699件，外观设计专利为36件。即在其专利申请中，发明专利占绝大部分，达95%。可以看出，Nichia和Cree半导体照明技术创新都很活跃，是知识与技术密集型企业。同时Nichia专利申请中外观设计专利的比例约占其全部专利的四分之一，说明Nichia在重视技术的同时，也很重视产品层面的专利布局。
4 Nichia和Cree知识产权策略分析
4.1 Nichia知识产权策略
Nichia对知识产权的态度是：专利不是商品。Nichia的专利战略部署经历了三个阶段：第一阶段（1993年～1998年），专注于事业开发，不进行专利许可；第二阶段（1998年～2003年），完善市场发展，加速技术开发，不进行专利许可；第三阶段（2003年以后）增加提供授权，可以进行专利许可。纵观Nichia的专利策略，自1993年开发出第一只商用蓝光二极管开始到2002年，Nichia一直都在通过专利布局构建完整的市场进入障碍，并强调不会为获得收入而向其它公司提供其拥有专利的授权。但技术的快速发展迫使Nichia放弃了独自发展的念头，转而趋向多边技术合作。自2002年以来，迫于与世界几大LED公司之间的诉讼压力，Nichia不得不改变策略，不再以独占市场为发展目标，而与西铁城、欧思朗、拉米尔德、丰田合成、Cree等公司达成了专利交叉许可协议或专利和解。不过Nichia主要限于与可建立技术互补关系的日本、美国以及欧洲的发光二极管相关厂商签署授权合同或交叉授权合同。
4.2 Cree知识产权策略
Cree早期技术来源于北卡罗莱州立大学，随后通过并购（先后并购了Nitres、ATMI的GaN部门、LLF等）、专利独家授权（Boston University）在整个产业链中建立起强大的专利组合。Cree成立初期（1987年～1998年），专利几乎集中于衬底与外延技术上；1999年～2002年，由于并购了Nitres，并开始与加州大学圣塔芭芭拉分校（University of California, SantaBarbara，简称UCSB）合作，大量累积芯片技术，也开始布局一些封装专利；2003年～2010年，衬底、外延、芯片专利继续布局之外，为配合封装技术的发展，大量布局了LED封装专利。2008年Cree以一亿三百万美元并购前CEO Neal Hunter在2005年离开后成立的LED Lighting Fixture（LLF），取得了19件封装与照明的专利。
与Nichia的“专利不是商品”的专利策略完全不同，Cree将技术许可给多家LED制造商，如住友商事电子、夏普、光宝、欧思朗、Stanley电子和QT光电灯等公司。Cree公司也与日本光电元件供应商罗姆公司和住友商事建立了伙伴关系。另外，Cree还与欧司朗光电半导体达成了SiC/GaN efiwafer和衬底的协议。
由此可见，Cree的专利策略属于一种纵向的知识产权供应链条关系。一方面从上游科研机构获取独占或非独占专利许可，同时加强自身的科研投入，运用专利制度保护知识产权；又向自己的下游战略伙伴许可专利，以解决合作中的核心问题，由此形成了以知识产权为中心的战略联盟。另外，Cree还将专利作为赚取利润的商品，许可给其他厂商获取知识产权利润。
5 小结与借鉴
（1） Nichia和Cree半导体照明领域美国专利申请的起始时间都较早，分别始于1984年和1987年，伴随着各主要国家和地区半导体照明计划的相继制定，申请量都是从2001年～2003年间迅速增加，近年来呈稳定增加态势。说明Nichia和Cree都很重视美国市场，积极在美国进行专利布局。对于Nichia来说，在半导体照明技术发达的美国进行专利布局是基于专利防卫性战略。
（2）Nichia技术创新最主要的主力军为Nakamura和Ishida；Cree半导体照明领域美国专利申请的第一梯队为Negley和Edmond。跟踪他们的期刊论文等，可以了解到更加丰富的技术内涵；对于竞争公司而言，也可以从中寻求合作伙伴，或进行猎头活动。
（3） Nichia和Cree半导体照明领域美国专利申请前三位IPC均为H01L33/00、H01L21/00、H01L29/00，但二者在技术侧重点上也存在差异，如Nichia半导体照明领域美国专利申请中排第五位的C09K11/00技术主题，Cree并未申请专利。而Cree半导体照明领域美国专利申请中排第六位的C30B23/00技术主题，也不是Nichia的专利申请重点。
（4） Nichia和Cree半导体照明领域美国专利大部分为发明专利，说明其技术创新都很活跃，是知识与技术密集型企业。同时Nichia专利申请中外观设计专利的比例约占其全部专利的四分之一，说明Nichia在重视技术的同时，也很重视产品层面的专利布局。
（5） 来自Nichia的借鉴：从独占到授权
2002年以前，Nichia凭借1991年至2001年间取得的74件基本专利，涵盖了LED结构、外延、芯片、封装的制造全过程技术及荧光粉等相关原材料，在半导体照明领域具有绝对垄断地位，主要依靠构建专利壁垒及发起专利诉讼阻止其他厂商进入市场与其竞争，以获取高额的独占市场利益。但技术的快速发展迫使Nichia放弃了独自发展的念头，转而趋向多边技术合作。Nichia“专利不是商品”的策略并没有完全得以贯彻执行，再次验证了市场不可能被某一个体控制和垄断。
Nichia和蓝光之父――中村修二之争已为业界所熟知。1993年中村开发出被称为世纪发明的蓝光LED，1997年开发出紫外LED。但由于待遇太低，而且还被调离研究开发一线，1999年中村离开了Nichia。2000年12月，Nichia以“泄露商业秘密”的嫌疑中村，这一大大地激怒了中村，使他迅速倒向了“反日亚化学”阵营。2001年中村也对Nichia提起了反诉。Nichia和中村之争值得我国企业经营管理人员在对待技术人才的态度上引以为鉴。
6 来自Cree的借鉴：利用“外援”
Cree的专利布局是分阶段进行的：首先集中在衬底、外延，接着积累芯片专利，近年大量布局封装领域。其专利布局的发展是配合技术、产业的发展，除了自主研发，更多的是通过并购等商业行为获取。Cree也善于利用专利诉讼获取市场地位，在诉讼中更善于利用“外援”（如并购或独家授权，和其他公司、研究机构合作技术开发等）。
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半导体光电技术范文4
光电子产业包括信息光电子、能量光电子、消费光电子、军事光电子、软件与网络等领域。光电子技术不仅全面继承兼容电子技术,而且具有微电子无法比拟的优越性能，更广阔应用范围，光电子产业成为21世纪最具魅力的朝阳产业。
科学家预言，随着光电子潜力的发掘，这一行业的产值将在2010年达到50000亿美元，成为21世纪最大产业。
新型液晶显示器背光源制备及全色显示器研究
项目简介：该项目合成了高效且宽带光谱的白光材料（Zn(BTZ)2），确定其光致发光主峰及范围；制备了两类新型单一发光层的白色有机电致发光器件（OLED）：掺杂型Zn(BTZ)2器件和混合型LPPP器件；进行了器件发光性能研究，研究了产生白光的激发过程和提高效率的途径；进行了器件用于液晶显示的背光源的研究，做出两类较大面积均匀的背光源，达到可使用水平；将器件与光学滤色片结合得到全色显示，测量了所得三基色发光强度、色度与光谱，混色后获彩色光；进行了柔性OLED研究，并做出相应的器件。
超高亮LED
项目简介：超高亮LED是指用四元系材料AlGaInP生产的红、橙、黄色超高亮度LED和用四元系材料AlGaInN（亦称为GaN基材料）生产的蓝色、绿色、紫色和紫外光超高亮度LED。产品的主要技术性能如下：超高发光强度，Iv最高可达10cd以上。比传统LED的光强高出几十倍，可作为小型照明光源。发光颜色全：包括红、黄、绿、蓝、白、紫等可见光区域的各个波段， 波长λD：400～660nm。功耗小：作为照明光源，超高亮LED与传统光源相比，功耗仅为传统光源的十分之一。抗静电能力强，GaN基LED的ESD值为500V以上。指向性好，半强度角θ1/2可达120度以上。
LED非点阵大面积平面发光技术
项目简介：LED非点阵大面积平面发光技术术采用了先进的半导体光源、独特的光学设计和工艺材料，形成高效导光系统，制成了平板化、大面积、均匀发光的器件。该成果工作原理正确，思路新颖，选材科学，在国内率先实现了LED由点光源向大面积平面光源的转换，具有创新性，达到了国内先进技术水平。
网络直联式农药残留测定仪及分布式监控系统
项目简介：该课题针对农药残毒速测仪的应用环境和政府对农药残毒进行监测的需求专门设计简便可靠的农药残毒速测仪，并采用新型半导体光源，不需要滤光片，避免了使用传统的卤素灯加虑光片作为光源，光源寿命短而且滤光片容易长霉的缺点，而且能够达到快速检测的功能，1分钟可完成检测，可即时输出检测数据并能保存历史数据，并集成图形点阵液晶显示屏、具备高速微型打印机、大容量存储器。
意义：该课题研制的网络直联式农药残留测定仪及分布式监控系统灵敏度高、稳定性好，检测结果准确可靠，完全满足了农残检测需要，其质量和性能在国内同类产品中居领先水平。
贴片式大功率LED信号灯
项目简介：该项目是一项采用贴片式大功率LED光源，综合了光学设计、结构设计以及电子设计的新型交通信号灯产品。采用新材料、新光源，生产工艺简单，提高了发光效率，降低了能耗。在光学设计上打破传统LED一一对应的配光方式，采用反射与折射相结合、聚散结合、光束重组的方式，达到利用率高、均匀性好的特点，无以往信号灯产品易产生暗斑这一致命缺陷。由于整灯光源管数小，因此其生产工艺比之普通LED信号灯大大简单。能容许较大范围的电流，能适应不太稳定的电网波动。既保证了散热效果，又保证了密封性能，较好的解决了两者矛盾。使用寿命长，免于维护。
1W聚光型白光功率半导体发光二极管
项目简介：聚光型白光功率半导体发光二极管结构主要是由功率型LED芯片、热沉底座和光学系统组成，蓝色发光芯片装于散热良好的引线框架上，光学透镜覆盖芯片上形成一定的光学空间分布，同时保护芯片，透镜与芯片之间填充柔性硅胶以保护芯片和金丝。该项目采用兰色芯片上涂覆YAG荧光粉，通过混光后产生白光，制备方法比较简单，成本也相对较低。
意义：功率型超高亮LED是一种高效的环保的绿色固体光源，具有寿命长，功耗小，亮度高，低维护等特点，将取代白炽灯和荧光灯等传统玻壳照明光源。
一种自动调节光亮的数码摄像头
项目简介：该成果公开了一种自动调节光亮的数码摄像头。其技术方案的要点是，数码摄像头主体是一个“”字形结构，在其两侧安装发光二极管以照射光亮，光源感光器安装在上部，机芯内部加入一个光亮度调节器，由于自带光源，因此能在没有光亮的环境下，可以正常摄取被拍摄人物的影像。数码摄像头体积小，重量轻、耗电省、寿命长，制造成本低，经济实用，便于在网吧，学校，家庭和办公环境中使用。
分子基和有机/无机复合光电子材料的设计、合成及应用
项目简介：该项目的实施包括从配体、配合物的设计、合成与筛选，无机和有机材料的制备与功能团的修饰、结构确定、光物理性质、光致和电致发光研究以及分子组装及材料的应用开发。其设计合成羟基、双键或炔基等配体与金属铜、锌、金、铂形成的单体、多核和高聚物分子基光电子材料，通过进行X射线衍射结构确定、光致和电致发光测定、发射和猝灭与环境的关系研究、激发光谱和瞬态时间分辨吸收光谱测定，来探讨发生的起源、激发态的结构、收买、谱学规律以及电荷转移和能量转移规律。
意义：在此基础上，设计和合成出高量子效率，有较佳应用价值的发光材料。
激光与光电子技术在生物组织光学特性测量中的应用及其医用新技术
项目简介：该项目主要内容包括：创建生物组织光学新体系，开拓人体组织光学性质的新测定方法和新技术。激光荧光法肺癌定位的彩图像技术与系统，采用“共轴微光－荧光肺癌诊断和定位仪器”技术，研制激光荧光法肺癌定位彩图像装置。激光血管外照射技术与仪器，开拓激光血管外照射治疗技术，完成治疗用激光剂量参数的活体测量，研制半导体激光治疗机。
意义：组织光学体系独创性的构建与论述以及测定人体组织光学性质的新方法与新技术，为开拓激光技术在医学领域的新应用建立了基础。“激光荧光法肺癌定位的彩图像装置”实现了肺癌早期诊断与实时定位。
可协变硅绝缘衬底上生长宽禁带半导体碳化硅外延材料及器件制备
项目简介：该项目属新材料领域的半导体新型基底晶体材料，是在非晶层上的纳米晶体薄膜上，制备宽禁带半导体碳化硅外延薄膜。其核心技术是采用低维化的纳米晶体薄膜其晶格常数的可协变性，来提高其上生长的外延薄膜的晶体质量。该项目技术思想具有重大的原始创新性，属于国际领先的技术。项目正在开发自主知识产权的核心专利。项目将解决在价格低廉的硅可协变基底上，生长稀有半导体如碳化硅等宽禁带材料。项目将推动我国在高频、高温、大功率和紫外光电子等领域的发展。
意义：该项目的可协变硅衬底技术，可以大幅度提高传统硅衬底材料的附加值；在其上生长的碳化硅等宽禁带半导体材料，在高频、高温、大功率、及蓝光和紫外光电子领域有广泛应用。
HWD11201多功能温控系统MTCS数据采集电路
项目简介：HWD11201多功能温控系统MTCS数据采集电路是一小型、安全、精密的单片温度控制电路。其功能完善，具备有：9600bit/s固定波特率的通信串口，与HWD1709数字编码感温电路专用单总线口，内部模糊处理逻辑块，高低温报警触发器，一个基准压源、一个8位的A/D转换器以及内部逻辑控制电路。该片可完成温度控制、报警输出的全部控制功能。它主要用于珀尔帖效应模块的控制。它可维持±0.35°C 的温度稳定性，具备电压超限保护。主要应用于激光器、半导体激光二极管、EDFA光放大器以及各类环境控制、过程监控系统中。
意义：该电路的需求量较大，应用前景广泛。目前, 半导体激光器的应用覆盖了整个光电子学领域，全世界的激光器市场每年的份额达数百亿美元。其技术已成为当今光电子科学的核心技术，在工业、医疗、信息显示等领域具有广泛的应用前景，对军事领域的跟踪、制导、武器模拟、点火引爆、雷达等诸多方面更具有重要作用。
新型光电化学太阳能电池
项目简介：新型光电化学太阳能电池是上个世纪90年代初期出现的一类新型太阳能电池。本课题组研制出新型太阳能电池多种。电解质材料的设计方面：采用聚乙二醇等作为溶剂在高温下溶解I^-/I^(3-)电解质，在室温下固化。采用丙烯酸单体溶解电解质，在催化剂作用下，室温自交联，形成固体电解质。二氧化钛多孔膜制备方面：采用水热法生长出符合要求的二氧化钛纳米晶，通过酸处理，改善二氧化钛纳米多孔膜的表面结构活性；载流子传输机理方面：提出了空穴向对阴极（正极）的迁移是通过电子-离子氧化还原过程实现。在器件组装方面：组装了几种光电化学太阳能电池。
意义：研究结果在新材料设计、新型半导体材料、光电功能材料、光电子学、光电子器件等方面具有重要的科学意义，在太阳能开发方面具有良好的应用前景。
新型GaAs基近红外低维结构半导体光电材料与器件
项目简介：该项目全面开展了GaAs基1.0-1.6微米材料生长、低维结构物理、激光器与探测器制备等研究工作，得到国家科技部、自然科学基金委、中科院创新工程等的支持，取得一系列具有国际反响的研究成果：GaAs基近红外材料能带结构、发光物理特性理论研究；GaAs基近红外低维材料生长、发光物理特性实验研究；GaAs基近红外激光器和探测器实验研究。上
意义：述研究成果标志着我国砷化镓基近红外光电子材料与器件研究水平进入世界先进行列。
SOI光波导单模条件研究及特殊功能光波导器件设计制备技术
项目简介：该项目为SOI光子集成，它的首要问题是确定精确的单模传输条件、设计制备性能优异的特种功能光波导器件结构、解决同单模光纤的高效率耦合以及缩小芯片尺寸提高集成度。单模传输条件是一切光波导器件设计的基础，精确单模条件的获得对于指导光波导器件的设计具有重要意义。
意义：该项目在SOI光子集成和光电子集成方面进行了系统而深入的研究工作，特别是在特殊功能新型SOI光波导器件的设计制备及大规模光子集成芯片研制方面，均有多项创新性成果，始终走在国际的前列。
大规模SOI光波导光开关阵列集成技术
项目简介：该项目为研究性能优异的光开关，它是实现高速大容量全光网的首要问题之一。该项目在国际上首次将模斑变换器和微型反射镜集成到SOI光开关阵列中，首次研制成功了集成度为8×8和16×16 的SOI光波导开关阵列，其综合技术指标在国际上处于领先地位，由于研制的SOI光开关阵列其制备工艺同目前发展十分成熟的微电子标准CMOS工艺完全兼容，因此制造成本非常低廉。
意义：与国际上已经商用的MEMS光开关、聚合物及SiO2波导光开关相比，SOI波导光开关在开关速率、长期使用可靠性、制造成本方面具有很大的优势，特别是SOI波导光开关具备同硅基光电子器件，因此SOI波导光开关阵列的研制成功具有很大的技术推动意义。
多媒体高清晰教学及多用途背投显示设备
项目简介：该项目采用高倍短焦镜头，使1.5米内屏幕显示100英寸，而且四角边沿画面清晰不变形；光学反光器件采用高尖端紫外线滤过技术，纯色光达到90%以上，避免紫外线对人体及眼睛的伤害；高效节能电源、追光电子元件的开发，使500W的电源达到1500W的光效；光源发光持久，延缓衰减，使使用寿命从原来的1000小时延长到8000小时；自动温控，预期达到自动调温，使整机连续工作百小时以上无障碍。
意义：该显示设备是是现代化建设必要设备，发展前景非常广阔。
PON用突发式光模块
项目简介：该模块主要包括BPON ONU突发式光模块、EPON ONU突发式模块、EPON OLT突发式光模块。该系列模块主要应用于以PON（无源光网络）接入技术为主的宽带光接入网，从而实现光纤到户。突发模式光收发模块是PON系统中的物理层器件。BPON/EPON ONU侧的光模块能够迅速打开/开断激光器。而OLT侧的光模块是要求能够在短时间内正确恢复不同ONU发送的不同功率的光信号。
意义：OLT模块最关键的指标是突发接收时北京时间，光接收灵敏度、饱和光功率，及相邻光信号所允许的动态范围。
宽带可调谐半导体激光器
项目简介：该课题研究了四种基于InP材料的单片集成技术，实现了基于InP衬底的较灵活的能带剪裁，为光电子器件的多功能单片集成打下了基础；采用量子阱混杂技术，成功实现了75nm的量子阱带隙波长蓝移量，在此基础上实现了取样光栅分布布拉格反射宽带可调谐激光器，在增益区电流为150mA时，激光器芯片的输出功率达到了9mW，单模调谐范围最高达41nm，宽带可调谐激光器组件输出功率大于0dBm；成功研制出一套基于LabVIEW软件平台的自动化的宽带可调谐SG-DBR激光器波长测试控制系统，提出了一种利用输出光的边模抑制比，从调谐数据库中筛选出激光器模式稳定工作点的算法，应用该系统对研制的SG-DBR激光器进行大量实验测试和波长查询，实验结果表明本系统稳定、可靠、波长控制精度高，波长控制误差不超过±0.02nm；还研制了可调谐半导体激光器的多路程控电流源，为宽带可调谐激光器的实用化奠定了基础。
CMOS图像传感器
项目简介：该项目调整CMOS工艺和结构，设计出N型衬底的CMOS图像传感器，采用0.18um工艺，并成攻流片；衬底和外延层使用不同类型的半导体材料，构成一个PN结，在反偏时会在衬底和电荷收集区之间形成势垒，阻碍衬底中的噪声电荷通过外延层流向电荷收集区，抑制像素之间的串扰。在除感光单元阵列的电路下注入深层的P阱或者N阱，防止衬底和电路之间发生闩锁效应；提出新结构的光电二极管来提高其量子效应、降低噪声、提高光电子转化效率；采用sensor架构，有效减少串扰；进行了颜色纠正；对A/D转换器的结构进行调整，电路几乎没有静态电量消耗。采用了高精度的A/D模块、相关双采样(CDS)、FPN消除算法，能够使图像更为平滑。
红外传感全自检光电保护装置
项目简介：该项目主要研究和解决了小型化的电子电路原理和结构、对接扩展技术―模块化电路结构、提高检测精度技术、保证适当检测距离―保护长度的技术、抗干扰技术、滤波技术、光电子技术、光学技术、多种安装技术、减振技术、安全可靠性能―全自检技术等相关技术。通过解决了一系列问题，使成果技术达到了较高检测精度，保证适当的检测距离，全自检安全可靠性能，安装使用方便，外形小巧美观，价格较为经济的市场期望。
意义：该项目技术成果的市场前景是相当广阔和有生命力的。
硅基发光材料研究
项目简介：该成果采用掺钛化学腐蚀法成功制备了发光稳定和发光均匀的多孔硅，采用H_2O_2催化方法制备了形貌更平整、细密、均匀的多孔硅。并通过对多孔硅在不同激光功率下的Raman光谱和光致发光谱的研究，发现当激光功率增大到某一值时，晶格畸变使多孔硅由线性转变为光致非线性材料，引起非线性吸收系数增大，导致光致发光谱的明显增强。
意义：研究成果对于硅基发光材料的理论研究和应用基础研究具有显著的实际意义，对推动硅基光电子集成技术的发展具有重要意义。
单片集成光器件关键技术研究
该项目简介：项目采用自主开发软件建立了一套集模拟仿真与CAD功能于一体的光电集成器件设计软件平台；开发了包括MOCVD外延、光刻、腐蚀、光栅等各道工艺的RWG、DC-PBH类型单片集成芯片关键工艺技术和光电集成相关的凸点flip chip倒装焊技术，建立并完善了单片/混合集成器件OEIC工艺技术制作平台，并具备了批量生产能力；对所设计的混合集成器件进行工艺验证，建立并完善了设计和制作平台，发展相应的工艺制作、耦合封装和模块设计技术。
意义：该成果完成了针对典型的混合集成光电子(OEIC)器件2.5Gb/s混合集成光发射机与光接收机模块进行的设计开发和工艺验证，提高了我国集成光器件整体制作技术水平，处于国内领先、国际先进水平。
红外电子材料的优化设计研究
项目简介：该项目的最重要特色就是将研究目的设定在解决我国国防战略性高技术发展中红外光电子材料这类瓶颈性技术上单一的跟踪性工艺研究模式。具体是在我国红外光电子材料发展中提出针对制备工艺中遇到的基本物理问题进行系统的研究，逐步地提出与工艺研究一起建立可优化材料的设计平台。而最重要的创新点是提出了材料芯片这一最新发展起来的技术在项目研究中的开拓性应用。
在蓝宝石衬底上研制ZnO同质pn结及其电致发光
项目简介：该项目利用分子束外延设备研制高载流子浓度的P型ZnO材料及ZnO P-N结紫外发光二极管和激光器。该项目选择在价格适宜、工艺成熟的蓝宝石（Al_2O_3）衬底上开展p型ZnO的制备及相关结型器件的研究工作，在国内首次获得了室温下光泵浦的紫外受激发射；制备出低阻p型ZnO薄膜材料，载流子浓度最高达到10^(19)/cm^3；研制了ZnO同质pn结，在室温下观测到了来自同质结电泵蓝紫色发光。
意义：该成果达到和国外同步发展，在国内器件研制方面处于领先水平，对于探索制备实用型ZnO结型发光和激光器件的途径，具有重要研究价值。
新型微片激光材料与器件研究
半导体光电技术范文5
目前全球初步形成以亚洲、北美、欧洲三大区域为中心的LED 产业格局,以日本日亚、丰田合成、美国Cree、Lumileds 和Osram等为专利核心的技术竞争格局,几大大企业之间通过交互授权避免专利纠纷,其它企业则通过获得这些企业的单边授权避免专利纠纷,几大企业各具优势,但都专注于各自领域的高端市场,其它企业则角逐中高端、中低端乃至低端市场,构成产业的中心格局。
半导体照明的世界布局
近年来,世界各国在半导体照明产业领域跃跃欲试、剑拔弩张,巨大的跨国商机相继诱发催生了日本的“21世纪照明”计划、美国的“下一代照明计划”、欧盟的“彩虹计划”、韩国的“固态照明计划”、中国台湾的“新世纪照明光源开发计划”和中国大陆的“国家半导体照明工程”计划等部级照明规划,促使日本、美国、欧盟、韩国、中国台湾和中国大陆等国家或地区携巨资前赴后继地在上游的衬底制作、外延晶片生长,中游的光刻、腐蚀、金属蒸镀、芯片切割和测试分选以及下游的器件封装、集成应用等各个环节展开了激烈地竞争。
LED 照明产生的效益显而易见,世界各国都在政府的大力资助下加快推进LED 照明取代传统照明的步伐,日本、美国、欧盟、韩国、东南亚、我国台湾和中国政府都制定了相应的发展计划。
美国:取代白炽灯荧光灯正在路上
美国政府尤其制定了详细的中长期半导体照明战略计划。根据美国固态照明 LED 发展路线图计划,从2002 年到2011 年,美国政府计划每年投入0.5 亿美元,来资助企业、国家实验室和大学三方共同推动LED 照明技术的加速发展。LED 照明技术的发展目标是:发光效率将分阶段从2002 年的25lm/w提高到2007 年75lm/w、2012 年的150lm/w和2020 年的200lm/w,发光成本将从2002 的200 美元/千流明降低到2007 年的20 美元/千流明、2012 年的5 美元/千流明和2020 年的2 美元/千流明。LED 照明在2007 年开始渗透进入白炽灯照明市场、2012 年进入荧光灯照明市场,而大量取代白炽灯和荧光灯将分别在2012年和2020 年。
日本:“二十一世纪照明”发展计划二期计划今年实现
日本21世纪照明计划是由日本金属研发中心(The Japan Research and Development Center of Metals)和新能源产业技术综合开发机构(NEDO)发起和组织的为期5年(1998-2004)的一个国家计划。这项计划的参与机构包括4所大学、13家公司和一个协会,目标旨在通过使用长寿命、更薄更轻的GaN高效蓝光和紫外LED技术使得照明的能量效率提高为传统荧光灯的两倍,减少CO2的产生。整个计划的财政预算为60亿日元。整个计划分为5个主要领域进行,即在衬底、外延片、制造装置、LED光源和LED光源的应用。该计划的技术路线图,其核心在于高质量材料的生长,高功率管芯的制备以及高效率白光荧光粉的获得。计划解决的问题包括:GaN基化合物半导体发光机理研究;UV LEDs的外延生长方法的改进;大尺寸同质衬底生长;开发近紫外激发的白光荧光粉,实现使用白光LED的照明光源。
日本已经完成了“二十一世纪照明”发展计划的第一期目标,正在组织实施第二期计划,他们计划到2010年,LED的发光效率达到120lm/W。
欧洲:彩虹计划
欧盟设立了多色光源的“彩虹计划”(Rainbow Project AlInGaN for Multicolor Sources),成立了执行研究总暑,委托6个大公司和2个大学执行。
韩国:“固态照明计划”
韩国的“固态照明计划”经政府审议批准,2004-2008年国家投入1亿美元,企业提供30%的配套资金,近期开始实施,预期2008年达到80 lm/W。
韩国政府组织里有2个产业相关单位,一是主管工商业与能源的产业资源部以及主管财经的财政经济部。产业资源部表示,目前产业资源部光电相关发展有2 大计划,一是产业基础技术开发计划下之「GaN 光半导体开发子计划,此一国家型计划时程自1999年12月起至2004年11月止为期5年,总经费为200亿韩元,政府与民间公司出资各占一半。研究项目包括以GaN 为研究材料之白光LED,蓝、绿光Laser Diode 及高功率电子组件HEMT三大领域,其中各三大领域之Leader厂商分别由Knowledge*On、Samsung Advanced Institute of Technology 及LG Institute of Technology 负责进度管理。预期效果则期望在2006 年达到替代10 亿美元的进口GaN 相关产品。
另一个光电发展计划为在光州市设立韩国光产业振兴会(KAPID),韩国光电技术研究院(KPTI)以及若干小型研究计划,发展时间自2000年起至2003年止为期4 年,总经费为4,020 亿韩元,由产业资源部与光州市政府及民间企业共同投资,其中KAPID于2000年5月成立,负责光电产业之信息研究与推动,而KPTI 则专注在光电技术之研究开发,新建筑物及相关研究设备则预计2003年才能全部完成。
中国台湾地区:下一代照明光源开发计划”
由台湾政府和工业技术研究院主导,于2002年9月积极协助岛内十一家LED厂商成立“下一代照明光源研发联盟”,进行高亮度白光LED的研究和开发,并结合照明系统业界,2002年10 月在台湾”经济部”能源委员会与台湾区照明灯具输出同业公会的进一步支持下成立”半导体照明产业推动联盟”,并在台湾政府支持下,建立”高亮度白光LED专案计划”,希望透过半导体和照明产业之联谊活动,整合照明节能系统产品与元组件技术,同时结合台湾政府科技发展资源,利用台湾在半导体产业所形成的优势,加速高效率LED照明技术的研发和普及应用,提升台湾照明相关技术水准及产业竞争力,并制定相关LED产业政策,以创造台湾半导体照明产业的竞争优势。
台湾地区推动的“下一代照明光源开发计划”,投资约6-10亿新台币,2005年目标是40 lm/W的LED投入生产,而实验室目标为100 lm/W。
国外LED芯片巨头垄断中国照明市场趋势加强
与中国本土芯片企业的暗落趋势形成鲜明对照,以Cree、Osram、Philip等五大LED芯片巨头为代表的国外企业进军中国市场的形势咄咄逼人,他们欲垄断中国LED照明市场的意图明显加强:
Cree在保持2008年全年增长率达24%的情况下,积极为进军中国市场布局。2007年并购华刚(COTCO)的LED封装事业部,将其产业链延伸至中游的封装阶段,进一步扩大其在芯片方面的优势地位。目前,Cree正在积极推动与韩国显示器巨头LG Display在中国合资建造LED封装厂。
Osram面对未来3年内中国巨大的照明市场,也积极在中国各个照明重镇设立研发、生产等分立机构,扩张其在中国的版图,如在佛山及绍兴建立照明应用及封装子公司,在上海、武汉及深圳等地设立研发机构等。
Philip旗下的Lumileds则是利用Philip在中国已有的品牌优势及芯片优势在全国各地大力打造大型LED照明工程,积极推广其LED照明解决方案。
目前,Cree、Nichia、Lumileds、Osram等少数几家国外公司是国际上主流的照明级LED芯片及器件制造商,他们具有各自独特的外延和芯片技术路线,各家所生产的芯片产品封装白光器件的发光效率普遍超过100lm/W。
以下是当前各家公司的工艺技术路线和产品现状。
科锐(CREE)
美国科锐公司是目前世界上采用SiC作为衬底材料制造蓝光发光二极管用外延片和芯片的专业公司之一,其在不断改善外延品质及提高内量子效率的同时,采用了薄膜(Thin-film)芯片技术大幅度提升产品亮度,薄膜芯片技术即利用衬底转移技术将发光层倒装在Si衬底上,薄膜芯片技术可以有效地解决芯片的散热问题和提高取光效率。科锐公司的功率LED芯片产品EZ系列采用薄膜芯片技术已经达到业界领先的光效水平,据2009年底的报道显示,科锐冷白光LED器件研发水平已经达到186lm/W,这是功率型白光LED有报道以来的最好成绩。
科锐公司是市场上领先的革新者与半导体的制造商,以显著地提高固态照明,电力及通讯产品的能源效果来提高它们的价值。科锐的市场优势关键来源于公司在有氮化镓(GaN)的碳化硅(SiC)方面上独一的材料专长知识,来制造芯片及成套的器件。这些芯片及成套的器件可在很小的空间里用更大的功率,同时比别的现有技术,材料及产品放热更少。
科锐把能源回归解决方案用于多种用途,包括在更亮及可调节的发光二极管光一般照明,更鲜艳的背光显示,高电流开关电源和变转速电动机的最佳电力管理,和更为有效的数据与声音通讯的无线基础设施等方面有令人兴奋的可选择的方案。Cree的顾客有从创新照明灯具制造商到与国防有关的联邦机构。
科锐的产品系列包括蓝的和绿的发光二极管芯片,照明发光二极管,背光发光二极管,为功率开关器件,无线电频率设备和无线电设备的发光二极管。
技术优势:SiC基Ⅲ族氮化物外延、芯片级封装技术;大功率芯片和封装技术。
欧司朗(Osram)
德国Osram公司早期的产品是以SiC作为衬底材料,相继推出了ATON和NOTA系列产品。近期,Osram的产品和研发方向也是基于薄膜芯片技术,其最新研发的ThinGaN TOPLED采用蓝宝石作为衬底材料,运用键合、激光剥离、表面微结构化和使用全反射镜等技术途径,芯片出光效率达到75%。据最新的报道,目前,Osram的功率型白光LED光效已经达到136lm/W。
欧司朗是世界上两大光源制造商之一,总部设在德国慕尼黑,研发和制造基地在马来西亚,是西门子全资子公司。欧司朗在中国共设有三个生产基地,并拥有研发中心,公司在华员工总数接近8000人。其中欧司朗(中国)照明有限公司成立于1995年,公司拥有员工约3500人,在全国设有近40个销售办事处。欧司朗中国已成为Osram亚太地区的实力中心,并在Osram全球战略中扮演重要角色。
Osram的照明产品多达5000多个品种,能够充分满足人们在工作、生活及特殊领域的多方面需求。其产品系列包括:荧光灯、紧凑型荧光灯、高强度气体放电灯、卤素灯、汽车灯、摩托车灯、特种光源、电子镇流器和发光二极管等。先进的电子管理系统及完善的物流配送网络实现了Osram产品服务中国千家万户的愿望。
技术优势:SiC衬底的“Faceting”;在白光LED用荧光材料方面具有领先优势;zz正装功率型封装技术及车用灯具技术。
飞利浦(PHILIPS)
美国Philips Lumileds公司的功率型氮化镓蓝光LED芯片采用蓝宝石作为外延衬底材料,芯片结构上则一直沿用倒装结构。随着薄膜技术的发展,Lumileds创造性地整合了倒装技术和薄膜技术,推出了全新的薄膜倒装芯片(Thin-film Flip-chip,TFFC)技术,集成芯片和封装工艺,最大限度降低热阻并提高取光效率。目前,Lumileds功率型白光的研发水平已经突破140lm/W。
飞利浦照明为所有领域提供先进的高效节能解决方案,包括:道路、办公室、工业、娱乐和家居照明等。在构筑未来的新型照明的应用和技术使用上,Philips也位居领导地位,例如LED技术。公司主要产品包括,氙汽车灯、道路照明、氛围照明。
飞利浦确立在LED芯片领域的领导地位主要得益于对Lumileds的收购,Lumileds由安捷伦和飞利浦合资组建于1999年,2005年Philips完全收购了该公司。Philips
Lumileds公司是世界领先的大功率LED照明解决方案供应商。该公司一贯致力于推动固态照明技术的发展,提高照明解决方案的环保性,帮助减少二氧化碳排放和减少扩建电厂的需求,而该公司领先的光输出、功效和热能管理就是在此方面长期努力的直接结果。PhilipsLumileds公司的LUXEONLED产品为商店、户外、办公室、学校和家居照明解决方案提供了新的选择。Philips Lumileds可提供各种LED晶片和LED封装,有红、绿、蓝、琥珀、及白光等LED产品。
技术优势:独特热沉设计和Si-Submount“Flip-Chip”封装技术;在大功率白光照明管芯方面具有先发优势。
日亚(Nichia)
世界上最早的半导体白光生产厂商,技术水平始终处于国际领先的地位。在蓝光芯片的技术路线上,Nichia采用图形化蓝宝石衬底外延生长技术结合ITO透明导电层芯片工艺,产品性能表现优越,特别是小功率芯片,最新的报道甚至达到245lm/W的性能指标。Nichia的功率型芯片也是基于正装结构,2008年Nichia公司宣布其功率LED产品光效达到145lm/W,芯片规格为1mm×1mm。
日亚化学,著名LED芯片制造商,日本公司,成立于1956年,开发出世界第一颗蓝色LED(1993年),世界第一颗纯绿LED(1995年),在世界各地建有子公司。
日亚化学公司以“Ever Researching for a Brighter World”为宗旨,迄今致力于制造及销售以荧光粉(无机荧光粉)为中心的精密化学品。在研制发光物质的过程中,于1993年发表了震惊世界的蓝色LED以来,相继实现了紫外、黄色的氮化物LED及白色LED的商品化,大幅度扩大了LED的应用领域。此外,日亚化学公司正大力开发对于信息媒介的发展不可缺的紫蓝色激光半导体,希望将来氮化物半导体能成为半导体产业中重要领域的一部分。
特别值得一提的是,2008、2009年间,Nichia与多家企业签署了各种形式的交叉许可协议。其中,2009年2月2日,Nichia与首尔半导体签署的交叉许可协议最为引人关注,这标志着两家公司将正式停止耗时4年,在美国、德国、日本、英国、韩国所进行的所有专利官司案件,该交叉许可协议涵盖了LED和LD(激光二极管)技术,这些技术将允许双方可以无限制地使用对方的专利。此外,Nichia还与夏普、Luminus、AgiLight等公司签署了交叉许可协议。
技术优势:第一只商品化的GaN基蓝光LED/LD;拥有目前最好的荧光粉技术;蓝光激发黄色荧光粉技术专利;蓝宝石衬底外延生长技术。
首尔半导体(Seoul Semiconductor)
首尔半导体近些年增长速度迅速,已荣升世界顶级LED芯片制造商之列。据英国市场调研公司IMS Research的报告显示,首尔半导体2007年LED封装产品的总收入位居世界第四位。
首尔半导体(株)在2006年和2007年分别被Forbes及Business Week两份杂志选定为“2006年亚洲最具前景企业”其可能性受到了认可。首尔半导体主力产品交流电源专用半导体光源ACRICHE被欧洲最权威杂志Elektronik选定为“最优秀产品奖”,2008年还被知识经济部授予了“大韩民国技术大奖”而被期待着成为先导国内外未来光源市场的企业。2008年度总销售额为2,841亿元,确保着5,000多个专利。全世界设有包括3个现地法人的25个海外营业所,114个店。
首尔半导体的主要业务乃生产全线LED封装及定制模块产品,包括采用交流电驱动的半导体光源产品如:Acriche、高亮度大功率LED、侧光LED、顶光LED、贴片LED、插件LED及食人鱼(超强光)LED等。产品已广泛应用于一般照明、显示屏照明、移动电话背光源、电视、手提电脑、汽车照明、家居用品及交通讯号等范畴之中。
技术优势:受光及发光体复合化,拥有“MODULE”化技术;拥有“DIGITAL”回路技术;拥有蓝光、白光LED在内的解决方案;拥有超迷你型、超薄型技术。
丰田合成(Toyoda Gosei)
丰田合成,总部位于日本爱知,生产汽车部件和LED,LED约占收入10%。
丰田合成与东芝所共同开发的白光LED,是采用紫外光LED与萤光体组合的方式,与一般蓝光LED与萤光体组合的方式不同。如果将LED比喻为汽车,那么可以说,日亚化工提出了车轮和发动机的概念,而丰田合成则提出了车体和轮胎的概念。1986年,受名誉教授赤崎先生的委托,丰田合成利用自身在汽车零部件薄膜技术方面的积累,开始展开LED方面的研发工作。1987年,受科学技术振兴事业团的开发委托,丰田合成成功地在蓝宝石上形成了LED电极。因此,把丰田合成誉为“蓝色LED的先锋”并不为过。丰田合成在近年来的发展速度也相当快。1998年,其销售额为63亿日元,但到2002年,已增长至252亿日元。
美国SemiLEDs公司
是继Osram和Cree之后采用衬底转移技术商品化生产薄膜GaN垂直结构LED的厂商。他们推出了新型的金属基板垂直电流激发式发光二极管(Metal Vertical Photon Light Emitting Diodes,MvpLEDTM)产品,其封装成白光器件的发光效率目前可以达到120lm/W。
Lumination
GELcore 是GE 照明与EMCORE 公司的合资公司,创建于1999 年1 月,总部位于美国新泽西州。公司致力于高亮度LED 产品的研发和生产。通过把GE 先进的照明技术、品牌优势和全球渠道与EMCORE 权威的半导体技术相结合,GELcore 已经在转变人们对照明的认识过程中扮演了重要的角色。GELcore 现有的产品包括大功率LED 交通信号灯、大型景观灯、其它建筑、消费和特殊照明应用等。通过把电子、光学、机械和热能管理等各个领域的技术相结合,GELcore 加快了LED 技术的应用并创造了世界级的LED 系统。另外,
2007年2月7日,原由GE和Emcore合资成立的公司GELcore现已改名为Lumination。GE(通用)在2006年8月末以现金1亿美元购买Emcore所持的GELcore股份,将GELcore变为其全资子公司,从那时起,GELcore一直努力表现得与以往不同,并与日亚(Nichia)形成战略联盟。为进一步表明公司对通用LED照明的倚重,GELcore将名字改为Lumination。
大洋日酸
半导体光电技术范文6
关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
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半导体材料研究的新进展
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的高潮。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。
