固体电致发光的早期研究

　　早在固体材料电子结构理论建立之前，固体电致发光的研究就已经开始。最早的相关报道可以追溯到上世纪初的1907年。就职于Marconi Electronics的H.J.RounD在SiC 晶体的两个触点间施加电压，在低电压时观察到黄光，随电压增加则观察到更多颜色的光。前苏联的器件物理学家O.Losev( 1903—1942) 在1920 和1930年代在国际刊物上发表了数篇有关SiC 电致发光的论文。

　　1940年代半导体物理和p-n结的研究蓬勃发展，1947年在美国贝尔电话实验室诞生了晶体管。Shockley，BardeenanDBrattain共获1956年的诺贝尔物理奖。人们开始意识到p-n结能够用于发光器件。1951年美国陆军信号工程实验室的K.Lehovec等人据此解释了SiC的电致发光现象： 载流子注入结区后电子和空穴复合导致发光。然而，实测的光子能量要低于SiC 的带隙能量，他们认为此复合过程可能是杂质或晶格缺陷主导的过程。1955年和1956年，贝尔电话实验室的J.R.Haynes 证实在锗和硅中观察到的电致发光是源于p-n结中电子与空穴的辐射复合。

　　1957年，H.Kroemer预言异质结有着比同质结更高的注入效率，同时对异质结在太阳能电池中的应用提出了许多设想。1960年R.L.Anderson第一次制成高质量的异质结，并提出系统的理论模型和能带图。1963年Z.I.Alferov 和H.Kroemer各自独立地提出基于异质结的激光器的概念，指出利用异质结的超注入特性实现粒子数反转的可行性，并且特别指出同质结激光器不可能在室温下连续工作。

　　经过坚持不懈的努力，1969年异质结激光器终于实现室温连续工作，这构成了现代光电子学的基础。

　　H.Kroemer 和Z.I.Alferov 因发明异质结晶体管和激光二极管( LD) 所做出的奠基性贡献，获得了2000年的诺贝尔物理学奖。

　　之后，GaAs 倍受关注，基于GaAs 的p-n结的制备技术迅速发展。GaAs 是直接带隙半导体材料，电子与空穴的复合不需要声子的参与，非常适合于制作发光器件。GaAs 的带隙为1.4 eV，相应发光波长在红外区。1962年夏天观察到了p-n结的发光。数月后，3 个研究组独立且几乎同时实现了液氮温度下( 77 K) GaAs 的激光，他们分别是通用电气，IBM 和MIT 林肯实验室。异质结及后来的量子阱，能够更好地限制载流子，提高激光二极管的工作性能。室温下连续工作的LD被广泛应用于众多领域。

　　可见光LEDs

　　第一只LED是1962年由Holonyak等人利用GaAsp材料制得的红光LED，1968年因为其长寿命、抗电击、抗震而作为指示灯实现了商业化。1970年代，随着材料生长和器件制备技术的改进，LED的颜色从红光扩展到黄绿光。1980年代，AlGaAs新材料的生长技术的发展，高质量AlGaAs / GaAs 量子阱得以应用于LED结构中，载流子在量子阱中的限制效应大大地提高了LED的发光效率。90年代，四元系AlGaInp/GaAs 晶格匹配材料的使用，使得LED的发光效率提高到几十lm/W。美国惠普公司利用截角倒金字塔( TIP) 管芯结构得到的桔红光的效率达到100 lm/ W。