Явление электролюминесценции, заключающееся в излучении фотонов твердым телом под воздействием электрического тока, было открыто в начале XX в. В том, что электролюминесценция может происходить при комнатной температуре, и заключается ее главное отличие от теплового свечения, являющегося электромагнитным излучением видимого диапазона оптического спектра, испускаемым материалами, нагретыми до высокой температуры, обычно большей 750 °С.
В 1891 г. Юджин Ачесон разработал процесс промышленного получения нового материала — карбида кремния SiC, названного карборундом. Синтез этого материала протекал при высокой температуре в тигле с электрическим нагревом, в которой в результате химической реакции между стеклом — диоксидом кремния Si02 и углем — углеродом С-формировался карборунд (Filsinger, Bourrie, 1990; Jacobsonetal., 1992):
Рис. 1.2. Диаграмма энергетических зон контакта Шоттки: а —в условиях равновесия, б —при небольшом прямом смещении и в —при сильном смещении. В последнем случае происходит инжекция неосновных носителей, обусловливающая процесс излучения света
в 1928 г. Лосев (Lossev, 1928) опубликовал результаты своих исследований явления люминесценции, наблюдаемого в выпрямляющих SiC-диодах, используемых в качестве демодуляторов в радиосхемах, на переходах металл-полупроводник. Он установил, что излучение света в одних диодах возникает только при их смещении в обратном направлении, а в других — при смещении как в прямом, так и обратном направлениях. Лосев пытался найти причину появления люминесценции, для чего он капал на светящуюся поверхность образца жидкий бензол и измерял скорость его испарения. Исходя из того, что бензол испарялся очень медленно, он сделал правильное заключение, что излучение света никак не связано с сильным разогревом поверхности. Он также предположил, что явление люминесценции «очень похоже на процесс испускания холодных электронов». Лосев обнаружил, что появление и исчезновение свечения в SiC-диодах происходило очень быстро, что делало возможным изготовление на их основе так называемых световых реле. Дальнейшее развитие светодиодов, вплоть до 1960-х гг., подробно описано в работе Лебнера (Loebner, 1976)
К концу 60-х гг. были разработаны технологии получения пленок SiC (Violinetal., 1969) и изготовления на их основе полупроводниковых устройств с р-n-переходом Диоды из карбида кремния были прародителями современных светодиодов голубого свечения, в которых эффективность преобразования электрической энергии в оптическое излучение составляла всего 0,005% (Potteretal., 1969). В последующие десятилетия не удалось значительно улучшить характеристики светодиодов голубого свечения. Это объясняется тем, что SiCотносится к непрямозонным полупроводникам, у которых очень низкая вероятность межзонных оптических переходов. К началу 90-х гг. выпуск светодиодов SiCголубого свечения был практически прекращен, поскольку SiCбольше не мог дальше конкурировать с полупроводниками типа АIIIВV. Лучшие светодиоды SiCизлучали свет с длиной волны 470 нм и имели к. п. д. ~ 0,03% (Edmondetal., 1993).
Источник:
Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.