¿Qué desafíos necesitan ser superada para crear LEDs (azules)?

Question

A la luz del anuncio de hoy de los 2014 premios Nobel, y a causa de una discusión entre colegas sobre el significado de estos dispositivos, permítame preguntarle:

¿Cuál es el significado físico de un Led de color azul, cuáles son los retos que tuvieron que superar para crearlos? ¿Por qué son los materiales con la brecha de banda necesario para la luz azul al parecer, tan raros y difíciles de fabricar?

Sé que tomó décadas para crear LED azul después de Holonyak descubrió el primer rojos, así que debe de haber sido algunos de los obstáculos, que eran tal vez también importante para otras áreas de investigación - de lo contrario no entendería por qué los inventores del LED azul consiguió un premio que el inventor de la primera LED no.

Wikipedia tiene algo que decir sobre el tema:

Su desarrollo basado en la crítica de la evolución en GaN nucleación sobre sustratos de zafiro y la demostración de la p-tipo de dopaje de GaN.

Sin embargo, me pregunto por qué esto es "crítica", y por qué esto era difícil.

Answer 1

El premio Nobel de la página web de la formación científica es buena. Básicamente, cuando se intenta hacer de nitruro de galio, que por lo general terminan con un material que es (1) lleno de defectos, y (2) n-dopado (incluso cuando estabas tratando de p-dope).

Así que el Led azul se requiere

1. La invención de MOCVD de la tecnología para el crecimiento de cristales (1970);
2. Encontrar la receta adecuada para crecer bien GaN por MOCVD (es decir, el uso de un sustrato de zafiro, comenzar con una baja temperatura de paso, a continuación, cambie a la alta temperatura, etc.) (a mediados de la década de 1980);
3. Encontrar la receta adecuada para crecer de tipo p GaN (lo dopante a utilizar (Mg), en qué concentración, y lo de recocido / el tratamiento de la fórmula a utilizar para hacer el Mg dopantes en realidad el trabajo y reducir el número de los n-tipo de dopantes que fueron cancelando) (a principios de la década de 1990);
4. Una vez que todo estaba en su lugar, encontrar buenas estructuras para hacer LEDs (por ejemplo, si usted también puede crecer InGaN, a continuación, usted puede hacer pozos cuánticos) (primera mitad de la década de 1990).

Todos estos pasos requieren no sólo minucioso ensayo-y-error, sino también un montón de interesantes análisis y mediciones cuidadosas para diagnosticar los problemas y descubrir cómo solucionarlos. :-D

Nota al margen: yo creo que es realmente fresco y emocionante que esta línea de materiales de investigación en ciencias de la aún no está terminado. Como usted aleación más y más de indio a indio-galio-nitruro de los defectos que se van de mal en peor y p-dopaje vuelve aún más difícil. Ahora hay mucha gente que trabaja en la superación de estos problemas. Cada año parece que alguien viene con un material de procesamiento de avance que les permite utilizar un mayor porcentaje de indio.

Con suficiente indio, el bandgap cambio de color de azul a verde (con MUCHO más de lo indio, se cambia todo el camino hasta el infrarrojo). Por lo que esta investigación podría conducir a una mucho más eficiente LED verde, y mejor aún, la tan esperada verde del laser del diodo, el cual tendría una miríada de aplicaciones por ejemplo, en la tecnología de visualización. (Has visto verde punteros láser, pero estos son complicados dispositivos que utilizan infrarrojos láser y la óptica no lineal. Verde del laser del diodo, si existiera, sería más barato, más resistentes, más pequeños, y de la manera más eficiente de la energía.) También, si usted podría utilizar más el indio, InGaN-GaN se convierte en un candidato prometedor sistema de materiales para el tándem de células solares.

Answer 2

El libro Azul del Laser del Diodo: La Historia Completa ocupa de las cuestiones del p-tipo de dopaje de GaN.

La dificultad de crecimiento de alta calidad GaN cristalina de las películas radica en el problema de encontrar un adecuado material de sustrato. (...)

El enlace de arriba señala el capítulo, usted puede estar interesado en.

Answer 3

La "crítica" parte estaba en la búsqueda y producción de una estructura con un gran gap para producir el color azul de los fotones. El primer Led producido relativamente onda larga de infrarrojos (IR) de los fotones, que tienen mucha menos energía que los de color verde o azul fotones ahora a disposición de los LEDs. En general, cuanto mayor sea el deseado bandgap, más difícil es para la fabricación de un material adecuado.

Dicho esto, Claudix' de referencia es un buen libro para comprobar hacia fuera.

Answer 4

Quería publicar esto como un comentario, pero creció demasiado tiempo.

La pregunta final que estaba un poco escondido, pero que otros muchos usuarios parecen estar también interesado en, sería acerca de por qué el LED azul se fue, tal vez, mucho más difícil de construir que los de color rojo. La lectura a través de Steve B del enlace para el premio nobel de la formación científica me da suficiente información como para que yo pueda tratar de responder la pregunta para cualquier otra persona, que esté interesado. Me estoy poniendo toda mi información desde allí:

Al parecer, mirando np-uniones estaba claro para muchas personas que podrían ser útiles para crear fuentes de luz. La primera de infrarrojos láser/LED fueron creados luego de casi al mismo tiempo cuando el primer LED rojo se anunció. La única diferencia es la brecha de banda, que fue mayor en el caso de los LED, porque Holonyak utiliza una combinación inteligente de los enfoques existentes ($\mathrm{GaP}_x\mathrm{As}_{1-x}$ en lugar de $\mathrm{GaP}$ o $\mathrm{GaAs}$). El LED no eran muy eficientes en primer lugar, ¿qué fue lo que les eficiente fueron las técnicas a utilizar heteroestructuras y la cuantía de los pozos - la primera fue galardonado con el premio nobel en el año 2000.

En este sentido, haciendo un LED rojo fue sin duda un gran avance, pero también en la continuación de la investigación actual en el tiempo.

El Led de color azul, sin embargo, son diferentes: Algunas personas han propuesto el uso de $\mathrm{GaN}$ como base ya en los años 70, pero nadie podía llegar a trabajar. También, otros problemas se tuvieron que superar aparece como puntos 2.-4. Steve B de la lista, que eran esencialmente todas realizadas por las tres personas que fueron galardonados con el premio Nobel.

Así que tal vez es más como esto: Si la invención del LED es merecedor de un premio Nobel (lo que significa), entonces, ciertamente, por lo que la invención del Led azul.

Answer 5

Además, azul fue el último de los colores primarios para que su invención hizo posible la producción de LEDs blancos. Entonces se podían substituir lámparas ordinarias con los alternativas de LED eficientes de la energía extremadamente.