В погоне за синим светодиодом

Новости науки и техники Комментариев к записи В погоне за синим светодиодом нет

Вообще говоря, полупроводников в мире не так уж и много, и их основные свойства хорошо изучены. Очень познавателен вот этот график (Жорес Алферов в своей Нобелевской лекции называет его «картой мира» полупроводников):

По горизонтали здесь отложена постоянная решетки того или иного полупроводника – грубо говоря, расстояние между двумя соседними атомами в кристалле (к ней мы еще вернемся позже). По вертикали – ширина запрещенной зоны в электронвольтах (эВ). Чтобы иметь представление, человек видит фотоны с энергией от 1.8 эВ (длина волны 700 нм, красный цвет) до 3.1 эВ (400 нм, фиолетовый). Нас интересуют сине-фиолетовая область, с запасом это примерно 2.6–3.3 эВ.

Как мы видим, в сине-фиолетовую область попадают всего лишь три полупроводника: SiC, ZnSe и GaN. Исторически в таком порядке они и выходили на «светодиодную» арену.

1. Карбид кремния (SiC)

Карбид кремния замечателен тем, что способен образовывать огромное количество кристаллических модификаций. Уже в 50-х годах это позволило создавать структуры с различной шириной запрещенной зоны – а значит, генерировать излучение в разных частях видимого спектра. После красных и желтых светодиодов первый синий LED был разработан в 1969 году. В 80-х они стали доступны коммерчески.

Однако при всех технологических успехах КПД устройств не превышало 0.03%. Причина была фундаментальной. Чтобы понять ее, нам придется немного углубиться в физику.

Прямозонные и непрямозонные полупроводники

На самом деле зонная структура полупроводника выглядит немного сложнее, чем на рисунке повыше. Положение зон (и ширина запрещенной зоны) зависит от импульса электрона в кристалле (т.е. фактически от его скорости). Причем, зависит векторно: не только от величины, но и от направления. В результате получается что-то такое:

Это зонная структура арсенида галлия. По вертикали традиционно отложена энергия. По горизонтали — не вдаваясь в подробности – показаны разные возможные значения векторного импульса (который еще называют волновым вектором или положением электрона в зоне Бриллюэна). К примеру, электроны в гамма-точке (любая из букв Г на картинке) имеют нулевой импульс. Запрещенную зону я для наглядности закрасил серым. Теперь смотрим на красную стрелку: электрон из нижней точки зоны проводимости падает в верхнюю точку валентной зоны без изменения импульса (та же координата по горизонтали), излучая фотон. Это прямой переход.

Полное содержание статьи: https://geektimes.ru/post/242961/

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top