97 лет открытию светодиода

Светодиод, или светоиспускающий диод (сокращенно СД, СИД), является полупроводниковым прибором, оснащенным электронно-дырочной связкой, который способен испускать оптическое излучение, когда через него проходит электрический ток в прямом направлении.

Свет, испускаемый светодиодом, имеет узкий диапазон спектра, то есть диод изначально излучает почти монохроматический свет, если речь идет о СД из видимого диапазона, в отличие от ламп, которые излучают более широкий спектр и определенный цвет свечения которых можно получить только с помощью светофильтра. Основной фактор, влияющий на спектральный диапазон излучения СИД, это тип и химический состав использованных полупроводников, а также ширина их запрещенной зоны.

При прохождении электрического тока через р-п переход в прямом направлении, электроны и дырки, являющиеся носителями заряда, движутся навстречу друг другу и рекомбинируют в обедненном слое диода, испуская фотоны в результате перехода электронов на другой энергетический уровень.

Не все полупроводниковые материалы обладают способностью эффективно излучать свет при рекомбинации. К эффективным излучателям относятся прямозонные полупроводники, то есть такие, в которых возможны прямые оптические переходы между зонами, например, AIIIBV (такие как GaAs или InP) и AIIBVI (такие как ZnSe или CdTe). Изменяя состав полупроводника, можно создавать светодиоды с различными длинами волн излучения, от ультрафиолетового (GaN) до среднеинфракрасного диапазона (PbS).

Однако диоды, изготовленные из непрямозонных полупроводников, таких как кремний, германий или карбид кремния, свет практически не излучают. Несмотря на это, активно проводятся исследования по созданию светодиодов на основе кремния.

Первое известное упоминание о свечении, излучаемом твердотельным диодом, было сделано в 1907 году английским исследователем Генри Раундом из лаборатории Маркони. Раунд первым открыл и описал явление электролюминесценции, которое он наблюдал во время изучения прохождения тока через пару металл - карбид кремния и заметил появление желтого, зеленого и оранжевого свечения на катоде устройства.

Эти исследования были затем, независимо от Раунда, повторно проведены в 1923 году О.В. Лосевым во время его экспериментов в Нижегородской радиотехнической лаборатории с кристаллическими радиоволновыми детекторами. Он заметил свечение в месте контакта между двумя разными материалами, наиболее интенсивное в паре карбид кремния - сталь. Таким образом, он открыл явление электролюминесценции на границе раздела полупроводников (хотя в то время такого понятия, как “полупроводниковая граница”, еще не существовало).

Его наблюдение эффекта электролюминесценции на контакте карбида кремния и стали было опубликовано в советском научном журнале. Светодиоды были очень дорогими до 1968 года, их стоимость составляла около 200 долларов за штуку, поэтому их применение в практических целях было ограничено. Исследования, проведенные Жаком Панковым в лаборатории RCA, привели к массовому производству светодиодов. В 1971 году был создан первый синий светодиод на основе нитрида галлия. Компания “Монсанто” стала первой, кто начал массовое производство светодиодов видимого спектра для применения в индикаторах. Компания “Хьюлетт-Паккард” начала использовать светодиодные индикаторы в ранних моделях своих карманных калькуляторов.

В середине 1970-х в Физико-техническом институте имени Иоффе была создана группа под руководством Жореса Алферова, которая разработала новые полупроводниковые материалы - гетероструктуры. Эти материалы в настоящее время используются для создания лазерных светодиодов. После этого начался процесс развития технологии производства светодиодов и их массового применения.