Transcript Голубые светодиоды

ГОЛУБЫЕ
СВЕТОДИОДЫ
Светодиод — полупроводниковый
прибор с электронно-дырочным
переходом, создающий оптическое
излучение при пропускании через него
электрического тока в прямом
направлении.
При пропускании электрического тока
через p-n переход в прямом направлении,
носители заряда — электроны и дырки —
рекомбинируют с излучением фотонов (изза перехода электронов с одного
энергетического уровня на другой).
ИСТОРИЯ
Первые светодиоды были изучены и построены в 1950-х и 1960-х годов в
нескольких лабораториях.
Они излучали свет на разных длинах волн, от инфракрасного до зеленого. Тем
не менее, создание светодиодов излучающих голубой свет, оказалась сложной
задачей, и потребовалось еще 30 лет чтобы создать их.
Сделать голубой светодиод было конечно проще, чем сделать первый
светодиод, но задача была сложная, так как материалы, а, это нитрид
галлия(GaN) — широкозонные полупроводники, очень тяжелые в работе, и
сделать структуры нужного качества довольно тяжело.
В 60-ых годах первые кристаллы GaN были выращены на подложке с
использованием метода HVPE (Эпитаксия из паровой фазы гидридов) , но
их качество оставляло желать лучшего, поэтому от этого метода
пришлось отказаться.
В 70-ых методами молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) и парофазной
эпитаксии из металло-органических соединений (ПФЭМОС)
Тонкий слой (30 нм) поликристаллического AlN зарождается на
подложке из сапфира при низкой температуре (500 ° C), а затем
нагревают до температуры роста GaN (1000 ° С). В процессе нагрева,
слой образует структуру малых кристаллитов на которой может быть
выращен GaN.
HVPE
MBE
Важнейшим шагом в развитии эффективных синие светодиоды был рост
р легирования сплавов(AlGaN, InGaN), которые необходимы для того,
чтобы произвести гетеропереходы. Такие гетеропереходы были
реализованы в начале 90-х годов в обеих Акасаки и Накамуры
исследовательских группах. Акасаки и сотрудники разработали структур
на основе AlGaN / GaN , а Накамура с большим успехом эксплуатировал
комбинации InGaN / GaN и InGaN / AlGaN для производства
гетероструктур. В 1994 году Накамура и его коллеги добились квантовой
эффективность 2,7% с помощью двойного гетероперехода InGaN /
AlGaN. Это важные шаги в разработке эффективных синих светодиодов.
ПРИНЦИП РАБОТЫ
При положительной полярности внешнего источника тока на контакте к p-области
(и отрицательной – на контакте к n-области) уровни Ферми смещаются,
потенциальный барьер в p-n-переходе понижается и электроны из n-области
инжектируют в p-область, а дырки – из p-области – в n-область.
Инжектированные электроны и дырки рекомбинируют, передавая свою
потенциальную энергию квантам света hν(спонтанное излучение)
Важно, чтобы полупроводники имели прямые запрещенные зоны
(переход из зоны проводимости в валентную не сопровождается
потерей импульса). Так как полупроводники с непрямыми
запрещенными зонами (потеря импульса) ограничивают квантовую
эффективность светодиода.
Квантовая эффективность - отношение количества излучаемых фотонов к
числу электронов, проходящих через контакт в данный момент времени.
В светодиоде электричество непосредственно преобразуется в фотоны,
что приводит к повышению эффективности по сравнению с другими
источниками света , где большая часть электроэнергии преобразуется в
тепло и только небольшое количество в свет.
Таким образом, новые светодиоды требуют меньше энергии для того,
чтобы излучать свет по сравнению с более старыми источниками света.
Кроме того они постоянно совершенствуются, становятся более
эффективными с повышением светового потока (измеряется в люменах)