固體電致發光的早期研究

　　早在固體材料電子結構理論建立之前，固體電致發光的研究就已經開始。最早的相關報道可以追溯到上世紀初的1907年。就職于Marconi Electronics的H.J.RounD在SiC 晶體的兩個觸點間施加電壓，在低電壓時觀察到黃光，隨電壓增加則觀察到更多顏色的光。前蘇聯的器件物理學家O.Losev( 1903—1942) 在1920 和1930年代在國際刊物上發表了數篇有關SiC 電致發光的論文。

　　1940年代半導體物理和p-n結的研究蓬勃發展，1947年在美國貝爾電話實驗室誕生了晶體管。Shockley，BardeenanDBrattain共獲1956年的諾貝爾物理獎。人們開始意識到p-n結能夠用于發光器件。1951年美國陸軍信號工程實驗室的K.Lehovec等人據此解釋了SiC的電致發光現象： 載流子注入結區后電子和空穴復合導致發光。然而，實測的光子能量要低于SiC 的帶隙能量，他們認為此復合過程可能是雜質或晶格缺陷主導的過程。1955年和1956年，貝爾電話實驗室的J.R.Haynes 證實在鍺和硅中觀察到的電致發光是源于p-n結中電子與空穴的輻射復合。

　　1957年，H.Kroemer預言異質結有著比同質結更高的注入效率，同時對異質結在太陽能電池中的應用提出了許多設想。1960年R.L.Anderson第一次制成高質量的異質結，并提出系統的理論模型和能帶圖。1963年Z.I.Alferov 和H.Kroemer各自獨立地提出基于異質結的激光器的概念，指出利用異質結的超注入特性實現粒子數反轉的可行性，并且特別指出同質結激光器不可能在室溫下連續工作。

　　經過堅持不懈的努力，1969年異質結激光器終于實現室溫連續工作，這構成了現代光電子學的基礎。

　　H.Kroemer 和Z.I.Alferov 因發明異質結晶體管和激光二極管( LD) 所做出的奠基性貢獻，獲得了2000年的諾貝爾物理學獎。

　　之后，GaAs 倍受關注，基于GaAs 的p-n結的制備技術迅速發展。GaAs 是直接帶隙半導體材料，電子與空穴的復合不需要聲子的參與，非常適合于制作發光器件。GaAs 的帶隙為1.4 eV，相應發光波長在紅外區。1962年夏天觀察到了p-n結的發光。數月后，3 個研究組獨立且幾乎同時實現了液氮溫度下( 77 K) GaAs 的激光，他們分別是通用電氣，IBM 和MIT 林肯實驗室。異質結及后來的量子阱，能夠更好地限制載流子，提高激光二極管的工作性能。室溫下連續工作的LD被廣泛應用于眾多領域。

　　可見光LEDs

　　第一只LED是1962年由Holonyak等人利用GaAsp材料制得的紅光LED，1968年因為其長壽命、抗電擊、抗震而作為指示燈實現了商業化。1970年代，隨著材料生長和器件制備技術的改進，LED的顏色從紅光擴展到黃綠光。1980年代，AlGaAs新材料的生長技術的發展，高質量AlGaAs / GaAs 量子阱得以應用于LED結構中，載流子在量子阱中的限制效應大大地提高了LED的發光效率。90年代，四元系AlGaInp/GaAs 晶格匹配材料的使用，使得LED的發光效率提高到幾十lm/W。美國惠普公司利用截角倒金字塔( TIP) 管芯結構得到的桔紅光的效率達到100 lm/ W。