ві структур AIIIBV: GaN і його тверді розчини
Для створення світлодіодів більш короткохвильового випромінювання, у синій і зеленій області, потрібно було знайти матеріал з більш високим значенням ширини забороненої зони. Таким матеріалом став GаN.
Дослідження, розпочаті в 30-40-х рр. XX ст. в Прінстонському університеті США, були продовжені в лабораторії компанії RCA. Для отримання даного матеріалу використовували реакцію аміаку з рідким галієм, що протікає при підвищеній температурі. В якості підкладки для вирощування структур GaN вибрали сапфір (Al2O3). Дослідження плівок з цього матеріалу показало, що без жодного легування він володіє провідністю n-типу, і для отримання р-n-переходу турбувалися підібрати відповідну домішка р-типу. Спочатку вирішили, що для цих цілей добре підійде цинк, застосовуваний при роботі з GаАs і gар. Однак виявилося, що при високих концентраціях Zn GаN-плівки стають діелектриками, а не провідниками р-типу. Причина цього була в тому, що не вдавалося активувати акцептори Zn для створення p-типу провідності [3,11,12].
У січні 1970 у роботу зі створення світлодіодів на основі плівок з GаN в лабораторії RCA включився Жак Панков. Він зайнявся дослідженням процесів оптичного поглинання і фотолюмінесценції в тонких GаN-плівках. Влітку 1971 було опубліковано повідомлення про перший явищі електролюмінесценції, спостережуваному на зразку з плівки GаN. Ці МДП-структури стали першими світлодіодами на основі GaN. Досліджуваний зразок, що складався з сильно легованого цинком GаN-шару з двома поверхневими електродами, випромінював світло блакитного кольору з довжиною хвилі 475 нм. Після цього Панков з колегами створили структуру з нелегованого GаN-шару (шару n-типу), шару сильно легованого Zn (діелектричного шару) і поверхневого контакту з In. Такий діод зі структурою метал-діелектрик-напівпровідник (з МДП-структурою) був першим світлодіодом на основі GаN, випромінюючим світло зеленого і блакитного кольору [3,11].
Надалі технологи замінили цинк магнієм. У результаті цього вдалося отримати структуру, що випромінює світло в блакитному і фіолетовому діапазоні - з довжиною хвилі 430 нм. Слід, щоправда, відзначити, що отримані дослідниками в 70-х рр. плівки GaN, леговані магнієм, не володіли провідністю p-типу, а також є діелектриком, тому люмінесценція в них протікала або за рахунок інжекції неосновних носіїв, або за рахунок ударної іонізації діелектричних шарів структури в сильному електричному полі [3,11,12]. На жаль, такі світлодіоди володіли дуже низьким квантовим виходом і ефективністю, тому роботи з GaN були припинені майже на десять років. Після того як група Панкова закінчила дослідження з вивчення GаN-плівок, роботи зі створення GаN-світлодіодів були зупинені, оскільки такі світлодіоди мали дуже низькою ефективністю.
У 80-х рр. робіт з GaN в Європі і США практично не було. Але їх продовжували вести дослідники в Радянському Союзі і Японії.
На початку 80-х рр. пріоритетними були роботи дослідників з МДУ ім. М. В. Ломоносова - Г. В. Сапарін і М. В. Чукічева - по активації люмінесценції в GaN, що проводилися на фізичному факультеті і роботи дослідницької групи В. Г. Сидорова в Ленінградському політехнічному інституті (нині Санкт-Петербурзький технічний університет). Дуже близькі до отримання матеріалу із стійкою провідністю p-типу були в 1982 р Сапарін і Чукічев, які показали, що можна активувати акцептори при опроміненні структур GaN електронним пучком.
Наприкінці 80-х рр. роботи були продовжені в Японії. У 1989 р Акасакі Ісаму і Хіроші Амано з колегами з Університету Нагої продемонстрували перший світлодіод на основі GaN з шаром p-типу провідності. Трохи пізніше, в 1992 р, вони опублікували статтю про створення першого світлодіода на основі GaN з гомогенним pn-переходом. Даний світлодіод випромінював світло в ультрафіолетовому і синьому спектральному діапазонах. Стійкі акцептори магнію активувалися при опроміненні структур GaN електронним пучком; можливість цього в GaN-структурах з акцепторами цинку показали у своїх роботах дослідники з МДУ ім. М. В. Ломоносова на початку десятиліття. Додаткове легування p-шару GaN дозволяє поліпшувати ефективність активації глибоких акцепторів.
Буквально через рік співробітники японської компанії Nichia Chemical на чолі з Шуджі Накамурою, розробивши нову систему вирощування GaN методом металоорганічних газофазной епітаксії і запропонувавши більш технологічний спосіб активації акцепторів магнію шляхом високотемпературного відпалу, отримали перші світлодіоди синього, блакитного ( рис. 7) і зеленого кольору світіння [3,11]. Світлодіоди ці були виготовлені на основі гетероструктур GaN і його твердих розчинів InGaN і AlGaN блакитного та зеленого кольору світіння, ККД цих світлодіодів досягав 10%.
