История светодиодов началась в середине прошлого века. Хотя, даже немного ранее, когда в 1920-х советский физик Олег Лосев исследовал свечение карбида кремния. В 1961 году инженеры из компании Texas Instruments запатентовали технологию инфракрасного светодиода. Технологии для производства этих приборов развивались достаточно быстро и в скором времени удалось создать красные и жёлтые, а затем и светодиоды других цветов, кроме синего и белого. Вообще комбинация красного, зелёного и синего цветов позволяет получить любой цвет, в том числе и белый. Но с синим возникли сложности.
Если сильно не вдаваться в физику работы светодиода (тема для отдельной статьи), можно сказать, что светодиоды - это полупроводниковые приборы, сконструированные таким образом, что при пропускании электрического тока они создают оптическое излучение. Происходит это благодаря наличию p-n перехода. Цвет излучения зависит от вещества, на основе которого построен прибор.
p-n переход - это такая граница между двумя полупроводниками, когда один из них искусственно обогощают электронами (проводник n-типа), а другой обедняют (проводник p-типа). Искусственное обогащение (обеднение) электронами называют легированием - простыми словами это добавление примесей.
Оказалось, что для получения синего цвета требуются особым образом обработанные кристаллы определенных химических веществ. Уровень технологий не сразу позволил создать такие кристаллы.
Изначально ожидалось, что материалом для синего светодиода станет нитрид галлия GaN. Потребовалось некоторое время, чтобы разработать метод изготовления подходящих образцов. В 1969 году был получен GaN n-типа, а вот GaN p-типа получить никак не удавалось. Тогда физики стали экспериментировать со структурой, создавать различные "бутерброды" из полупроводников, диэлектриков и металлов. Это дало свои плоды - в 1974 году был получен синий светодиод из такого "бутерброда", в основе которого лежал всё тот же GaN. Однако свет был слишком тусклым, а производство слишком сложным, к тому же проблема с получением GaN p-типа всё еще оставалась неразрешённой.
Примерно в то же время в Японии над разработкой метода получения GaN p-типа начал трудиться Исаму Акасаки. Группа исследователей, в том числе аспирант Хироши Амано, под его руководством неустанно трудилась над процессом легирования GaN и только в 1989 году наконец получила светодиод, излучающий мощный синий свет. Очень долгая, но результативная работа!
Такие светодиоды были все еще очень сложны для массового производства. Метод Акасаки и Амано был развит инженером Шуджи Накамурой, который в 1991 году представил эффективный процесс получения кристаллов для синих светодиодов. Кстати, статью Накамуры трижды не принимали в печать из-за плохого английского, но он не сдавался.
И вот наконец был получен синий светодиод. Что дальше?
Получение синего светодиода было долгожданной целью, поскольку теперь, спустя 30 лет после получения первых красных и зелёных, была открыта дорога к получению белого светодиода. А с помощью белого светодиода стало, к примеру, возможным создание экранов смартфонов и компьютеров, а также более энергоэффектиных ламп - белая светодиодная лампа преобразует более 50% потребляемой электоэнергии в свет, в то время как лампа накаливания всего 4%.
Читайте также:
Тонкие плёнки мыла - природный абстракционизм
Почему в космосе холодно, если Солнце такое горячее?
Что случится, если Земля станет вращаться быстрее?
Какого всё-таки цвета эта птица?
Лейбниц против Ньютона