Светодиод (светоизлучающий диод, LED — от англ. light-emitting diode) — полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Принцип работы основан на электролюминесценции в p-n-переходе: при прохождении тока через полупроводниковую структуру электроны рекомбинируют с дырками и испускают фотоны. Нижегородская связь со светодиодом принципиальна: явление электролюминесценции в твёрдом теле и первый прибор на его основе открыл и описал нижегородский физик Олег Владимирович Лосев в 1920-х годах, работая в Нижегородской радиолаборатории.
Открытие и нижегородский след
Олег Лосев, сотрудник Нижегородской радиолаборатории, в 1923–1927 годах обнаружил и систематически исследовал свечение карборундового (SiC) контакта при пропускании через него электрического тока. Явление он назвал «световым реле» и опубликовал результаты в отечественных и зарубежных изданиях. Это был первый задокументированный случай управляемой электролюминесценции в твёрдом теле — фактически демонстрация принципа, на котором полвека спустя построена вся промышленная светодиодная техника. При жизни Лосева практическое применение открытия реализовано не было: технологии полупроводниковой эпитаксии появились значительно позже.
История развития технологии
Промышленный светодиод в современном понимании появился в начале 1960-х годов: в 1962 году американский инженер Ник Холоньяк-младший создал первый видимый красный светодиод на основе арсенида-фосфида галлия (GaAsP). На протяжении 1970–1980-х годов светодиоды применялись преимущественно в индикаторных устройствах — тогда же советская промышленность освоила собственные серии, в том числе серию АЛ307 (красные DIP-светодиоды на основе соединений галлия), выпускавшуюся по техническим условиям aAO.336.076ТУ и предназначенную для визуальной индикации в оборудовании общего назначения. В 1990-е годы японским учёным Суджи Накамуре удалось получить яркий синий светодиод на нитриде галлия (GaN), что открыло путь к белому свету и революции в освещении (Нобелевская премия по физике 2014 года).
Принцип действия и конструкция
Основу светодиода составляет полупроводниковый p-n-переход из материалов III–V группы таблицы Менделеева: арсенид галлия (GaAs), фосфид галлия (GaP), нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC) и их соединения. Длина волны излучения, а значит, цвет свечения, определяется шириной запрещённой зоны материала. Например, серия АЛ307 излучает в диапазоне 650–675 нм (красный свет) при прямом напряжении около 2 В и токе 20 мА. Конструктивно выводные (DIP) светодиоды помещаются в пластмассовый корпус с полусферической линзой; поверхностно-монтируемые (SMD) исполнения лишены выводов и паяются непосредственно на плату.
Применение
Светодиоды используются в визуальной индикации, дисплеях, уличном и бытовом освещении, автомобильной оптике, оптоволоконных системах связи и медицинских приборах. По световой отдаче современные осветительные светодиоды превосходят лампы накаливания в 10–15 раз и существенно превосходят люминесцентные источники по ресурсу (типовая наработка — десятки тысяч часов; индикаторные приборы советской серии АЛ307 гарантировали не менее 15 000 часов).