Синий светодиод

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Синий светодиод

Си́ний светодио́д — светоизлучающий оптоэлектронный полупроводниковый прибор с синим цветом свечения.

Технологии

Для создания синего светодиода требуется использование полупроводников с большой шириной запрещённой зоны, поскольку энергия излучаемых фотонов, возникающих при рекомбинации электронов и дырок, зависит именно от этой величины. Полупроводниками с большой шириной запрещённой зоны являются карбид кремния, соединения элементов II и IV группы таблицы Менделеева и нитриды элементов III группы. Промышленные синие светодиоды производятся из двойного гетероструктурного кристалла нитрида галлия (GaN), в котором в зоне p-n-перехода вставлен излучательный слой нитрида индия-галлия (InGaN)[1]. В качестве подложки для кристалла используется карбид кремния или сапфир.

Кроме того, созданы синие светодиоды на основе карбида кремния и оксида цинка, однако первые обладают слишком низким квантовым выходом и, как следствие, низким КПД, а вторые имеют слишком большое удельное сопротивление, из-за этого они перегреваются. Подобные изделия не получили широкого распространения и в настоящее время не производятся.

История создания

Первый синий светодиод был создан ещё в 1971 в компании RCA. Его разработал Жак Панков[2], создавший светодиод на основе нитрида галлия.[3]

Первые промышленные синие светодиоды на основе карбида кремния серийно выпускались в 1980-х годах[4], в том числе и в СССР. Однако их яркость была весьма невелика, поэтому они не получили существенного распространения.

В конце 1980-х годов Исаму Акасаки и Хироси Амано, работая с нитридом галлия, усовершенствовали метод эпитаксиального выращивания кристалла. В 1989 году Японский инженер Сюдзи Накамура, работавший в то время на японскую корпорацию «Nichia Chemical Industries», решил технологическую проблему получения полупроводника p-типа из нитрида галлия методом MOC-гидридной эпитаксии. В результате был получен синий светодиод с максимумом излучения с полосой 430 нм, но эффективность его была по-прежнему мала[1]. Следующим шагом, значительно повысившим эффективность излучения, было внедрение двойной гетероструктуры n-GaN—InGaN—p-GaN. Слой нитрида индия-галлия является активным, он захватывает свободные электроны, в нём происходит рекомбинация и излучение происходит наиболее эффективно. Меняя ширину слоя InGaN можно изменять длину волны излучаемого света. Таким образом были созданы так же эффективные зелёные светодиоды[1].

На основе синих светодиодов были изготовлены белые, представляющие собой синий кристалл, покрытый люминофором на основе алюмо-иттриевых гранатов. «Nichia Chemical Industries» выплатила Накамуре денежную премию, в то время эквивалентную 2000 долларов США. Изобретатель же посчитал, что его изобретение оценили недостаточно. Он обратился в суд и отсудил у «Nichia Chemical Industries» сумму в японских йенах, эквивалентную 7 млн долларов США.

К 1993 году компании «Nichia» удалось начать промышленный выпуск синих светодиодов нового типа. К 2002 году доля производства синих светодиодов у компании возросла до 60 процентов от общего объёма производства.

Позже так же удалось создать ультрафиолетовые светодиоды на основе нитридных соединений галлия и алюминия.

В 2014 году за создание синих светодиодов японцам Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамуре (гражданин США) присуждена Нобелевская премия по физике[5].

Применение

Основным применением синих светодиодов является использование в качестве основы для создания люминофорных белых светодиодов различного назначения, используемых в том числе в целях освещения. В данной конструкции часть излучаемого кристаллом света поглощается люминофором и переизлучается в зелёно-красной области, создавая белое свечение. Различные составы люминофора позволяют получить белый свет различной цветовой температуры.

Кроме белых, созданы и другие люминофорные светодиоды, к примеру, пурпурные, «янтарные», «мятные» и «цвета лайма» [6].

Синие светодиоды без люминофора применяются в медиафасадах, светодиодных экран, в декоративной RGB-подсветке.

Кроме того, синие, а так же созданные на их основе люминофорные пурпурные светодиоды применяются для искусственного освещения растений.

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Ш. Накамура. История изобретения эффективных синих светодиодов на основе InGaN // Нобилевские лекции по физике. — Стокгольм, 2014. — Т. 186, № 5. — С. 524-536.
  2. ↑ E. Fred Schubert Light-emitting diodes 2nd ed., Cambridge University Press, 2006 ISBN 0-521-86538-7 page 16-17
  3. ↑ Milestones in Development of LED (недоступная ссылка). Дата обращения: 9 октября 2014. Архивировано 14 октября 2014 года.
  4. ↑ Stringfellow, Gerald B. High brightness light emitting diodes (неопр.). — Academic Press, 1997. — С. 48, 57, 425. — ISBN 0127521569. Архивная копия от 1 октября 2016 на Wayback Machine
  5. ↑ Нобелевскую премию по физике получили создатели синих светодиодов Архивная копия от 16 декабря 2014 на Wayback Machine // Ведомости 07.10.2014
  6. ↑ В оригинальной документации к светодиодам приборам L1C1 производства Luxeon и XP-E2 производства Cree данные цвета называются Amber, Mint и Lime
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Синий_светодиод&oldid=11455598