кристалл нитрида галлия

Вооруженным глазом #21

Фото сделано с помощью микроскопа ZEISS Supra 40VP методом катодолюминесцентной микроскопии

Первые красные светодиоды появились в 60-х годах прошлого века, желтые и зеленые — чуть позже, но получить недорогой и эффективный способ производства ярких синих светодиодов ученым не удавалось десятилетия. Все дело в полупроводнике — материале, из которого делают светодиоды. Чем меньше длина волны, тем шире должна быть запрещенная зона. Для синих светодиодов отлично подходит нитрид галлия (GaN) — широкозонный полупроводник, но работать с ним оказалось очень сложно.

Лишь в 90-х годах японским ученым удалось усовершенствовать технологию и получить яркие синие и белые светодиоды, которые можно было бы производить в промышленном масштабе. В 2014 году работа японцев Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамуре (гражданин США) была отмечена Нобелевской премией по физике.

Изобретение технологии получения ярких синих и белых светодиодов привела к настоящей «цветной революции» в светодиодной технике. Светодиоды стали использовать для создания цветных изображений, сочетая три основных цвета — красный, зеленый и синий, или выделять нужный цвет из спектра белого светодиода. На самом деле в таком устройстве диод светит в ультрафиолетовом диапазоне, а специальное вещество на нем, люминофор, переизлучает свет в белом или другом нужном цвете. Благодаря нитриду галлия и различным светоизлучающим структурам на его основе сегодня цветной монитор есть у каждого смартфона или ноутбука, светодиоды все чаще заменяют обычные лампочки и становятся все лучше и дешевле. Более того, эффективность светодиодных ламп превышает эффективность ламп накаливания в 20 раз, а люминесцентных ламп — более чем в четыре раза.

На фотографии представлен катодолюминесцентный снимок массивного (объемного) кристалла нитрида галлия (GaN), сделанный с помощью электронного сканирующего микроскопа. Создание бездефектного объемного кристалла нитрида галлия на сегодняшний день является актуальной проблемой, над которой работают сотни научно-исследовательских групп по всему миру. Получение совершенных кристаллов GaN увеличит еще больше эффективность и надежность современных синих и белых светодиодов на его основе. На снимке видно, что кристалл имеет гексагональную структуру (правильные шестиугольники на снимке) и растет мозаично, образуя границы зерен кристалла. Более светлые участки говорят о том, что в процессе роста легирующая примесь встраивается неравномерно в объеме кристалла, что, возможно, связано с особенностями роста, с наличием дислокаций, которые активно взаимодействуют с примесями в GaN.

За предоставленный материал благодарим Олега Медведева, специалиста по сканирующей электронной микроскопии МРЦ по направлению «Нанотехнологии» СПбГУ. Кристалл нитрида галлия предоставили Ю.Г. Шретер и В.В. Вороненков.
Владислав Важник
Теги:

Читать еще на Чердаке: