Część 2. Diody elektroluminescencyjne - rys historyczny
Rys. 2. Układ okresowy Mendelejewa z oznaczonymi grupami związków półprzewodnikowych – obwódka czerwona: SiC oraz grupa półprzewodników II-VI (np.: ZnS, ZnSe), obwódka niebieska: grupa półprzewodnikówIII-V
Odkryte przez Walkera związki półprzewodnikowe z grupy III-V charakteryzują się właściwościami podobnymi do klasycznych półprzewodników krzemu Si oraz germanu Ge, ale szybko też okazało się, że związki III-V również są aktywne optycznie i mają bardzo dobre właściwości w tym zakresie. W 1962 roku kilka zespołów badawczych zaprezentowało pierwsze diody LED i lasery półprzewodnikowe z GaAs emitujące w bliskiej podczerwieni (870-980nm). Tym samym 55 lat po odkryciu elektroluminescencji przez Round’a narodziła się nowa dziedzina techniki: optoelektronika. Bogactwo kombinacji związków półprzewodnikowych z grup III-V otworzyło przed badaczami zupełnie nowe wyzwania. Możliwości badawcze zwiększyły się jeszcze bardziej po otrzymaniu w wyniku syntezy również związków potrójnych oraz poczwórnych. Dobierając odpowiednio udział procentowy poszczególnych pierwiastków z grupy III-V możliwe stało się uzyskanie materiałów półprzewodnikowych o dowolnej (lecz skwantowanej) szerokości przerwy zabronionej. Oznacza to, że teoretycznie możliwe stało się wytworzenie złącz p-n emitujących w zakresie od głębokiego nadfioletu, poprzez widmo widzialne, do głębokiej podczerwieni. Praktyka okazała się jednak bardziej skomplikowana, gdyż pionierzy optoelektroniki musieli ustalić nie tylko odpowiedni skład procentowy poszczególnych pierwiastków, lecz przede wszystkim wytworzyć zaprojektowany przez siebie związek. Tu pojawiły się problemy z czystością materiałów, z wytwarzaniem podłoży, z urządzeniami do epitaksji i kontrolą tego procesu (epitaksja jest podstawowym procesem wykorzystywanym przy produkcji diod LED), z dyslokacjami w materiale i naprężeniami pomiędzy poszczególnymi warstwami - wiele nowych zagadnień wymagało nowych rozwiązań teoretycznych i technologicznych. Dlatego nie od razu "zbudowano" superluminescencyjną diodę LED. Czas i liczne próby pokazały, że nie wszystkie związki półprzewodnikowe z grupy III-V nadają się do wytwarzania emiterów. Spośród tej licznej grupy materiałów dotychczas zaadaptowanych na ten cel zostało 7 związków: GaAs (arsenek galu), AlGaAs (związek potrójny arsenu, galu i glinu), GaP (fosforek galu), GaAsP (związek potrójny galu, arsenu i fosforu), GaN (azotek galu), GaInN (związek potrójny galu indu i azotu) oraz AlGaInP (związek poczwórny glinu, galu, indu i fosforu). Historycznie pierwsze diody LED wytworzono na bazie GaAs (1962). Nie emitowały one jednak jeszcze światła widzialnego tylko podczerwone. Pierwsza emitująca światło widzialne dioda LED została przedstawiona przez N. Holonyak’a Jr. i Bavacqua’e w 1962 roku (rys. 3.a). W temperaturze ciekłego azotu dioda ta emitowała światło spójne (akcja laserowa) o długości fali 710 nm i szerokości połówkowej 1,2 nm. W temperaturze pokojowej pierwsza dioda zachowywała się jak typowa dioda LED - promieniowanie nie było koherentne, a szerokość połówkowa wynosiła 12,5 nm.
cdn/
Odkryte przez Walkera związki półprzewodnikowe z grupy III-V charakteryzują się właściwościami podobnymi do klasycznych półprzewodników krzemu Si oraz germanu Ge, ale szybko też okazało się, że związki III-V również są aktywne optycznie i mają bardzo dobre właściwości w tym zakresie. W 1962 roku kilka zespołów badawczych zaprezentowało pierwsze diody LED i lasery półprzewodnikowe z GaAs emitujące w bliskiej podczerwieni (870-980nm). Tym samym 55 lat po odkryciu elektroluminescencji przez Round’a narodziła się nowa dziedzina techniki: optoelektronika. Bogactwo kombinacji związków półprzewodnikowych z grup III-V otworzyło przed badaczami zupełnie nowe wyzwania. Możliwości badawcze zwiększyły się jeszcze bardziej po otrzymaniu w wyniku syntezy również związków potrójnych oraz poczwórnych. Dobierając odpowiednio udział procentowy poszczególnych pierwiastków z grupy III-V możliwe stało się uzyskanie materiałów półprzewodnikowych o dowolnej (lecz skwantowanej) szerokości przerwy zabronionej. Oznacza to, że teoretycznie możliwe stało się wytworzenie złącz p-n emitujących w zakresie od głębokiego nadfioletu, poprzez widmo widzialne, do głębokiej podczerwieni. Praktyka okazała się jednak bardziej skomplikowana, gdyż pionierzy optoelektroniki musieli ustalić nie tylko odpowiedni skład procentowy poszczególnych pierwiastków, lecz przede wszystkim wytworzyć zaprojektowany przez siebie związek. Tu pojawiły się problemy z czystością materiałów, z wytwarzaniem podłoży, z urządzeniami do epitaksji i kontrolą tego procesu (epitaksja jest podstawowym procesem wykorzystywanym przy produkcji diod LED), z dyslokacjami w materiale i naprężeniami pomiędzy poszczególnymi warstwami - wiele nowych zagadnień wymagało nowych rozwiązań teoretycznych i technologicznych. Dlatego nie od razu "zbudowano" superluminescencyjną diodę LED. Czas i liczne próby pokazały, że nie wszystkie związki półprzewodnikowe z grupy III-V nadają się do wytwarzania emiterów. Spośród tej licznej grupy materiałów dotychczas zaadaptowanych na ten cel zostało 7 związków: GaAs (arsenek galu), AlGaAs (związek potrójny arsenu, galu i glinu), GaP (fosforek galu), GaAsP (związek potrójny galu, arsenu i fosforu), GaN (azotek galu), GaInN (związek potrójny galu indu i azotu) oraz AlGaInP (związek poczwórny glinu, galu, indu i fosforu). Historycznie pierwsze diody LED wytworzono na bazie GaAs (1962). Nie emitowały one jednak jeszcze światła widzialnego tylko podczerwone. Pierwsza emitująca światło widzialne dioda LED została przedstawiona przez N. Holonyak’a Jr. i Bavacqua’e w 1962 roku (rys. 3.a). W temperaturze ciekłego azotu dioda ta emitowała światło spójne (akcja laserowa) o długości fali 710 nm i szerokości połówkowej 1,2 nm. W temperaturze pokojowej pierwsza dioda zachowywała się jak typowa dioda LED - promieniowanie nie było koherentne, a szerokość połówkowa wynosiła 12,5 nm.
cdn/
