Современные светодиоды

Светодиоды

Шуберт Ф.

Первая книга о светодиодах А. Берга и П. Дина вышла в 1976 г., а ее русский перевод —в 1979 г. 0. Она подводила итоги почти 15 лет исследований и разработок полупроводниковых источников излуче­ния — светодиодов и их промышленных применений. С тех пор о све­тодиодах были опубликованы тысячи журнальных статей и докладов на конференциях, сотни патентов, диссертаций и научных отчетов, десятки обзоров и брошюр, отдельных глав в учебных пособиях, но специальных монографий и учебных пособий не было. Предлагаемая читателю книга профессора Фреда Шуберта «Светодиоды» восполняет этот пробел. Второе издание этой книги, вышедшее на английском языке в 2006 г. через три года после первого издания, включает анализ работ по светодиодам вплоть до самого последнего времени, оно на треть обширнее первого издания. Это обусловлено бурным развитием физики и технологии светодиодов — важнейшего направления в совре­менной полупроводниковой электронике и оптоэлектронике, широко применяющегося в промышленности и обещающего новые применения в недалеком будущем.

В физике и технике полупроводников в середине 90-х гг. XX в. про­изошел прорыв благодаря созданию гетероструктур на основе нитрида галлия и близких к нему твердых растворов. Эффективные светодиоды, разработанные на основе этих материалов, перекрыли коротковолновую часть спектра — от ультрафиолетовой до желтой области. Одновремен­но существенно улучшилась эффективность светодиодов на основе ге­тероструктур из других полупроводниковых соединений типа АШВУ — от желто-зеленой до ближней инфракрасной области. Светодиоды ста­ли не только средствами сигнализации и передачи информации во всем спектральном диапазоне от ближней ультрафиолетовой до средней инфракрасной области, не только средствами местного и декоративного освещения, но и перспективными средствами общего освещения. То, что лишь предполагалось и казалось фантастикой будущего в пре­дисловии редактора перевода к книге А. Берга и П. Дина, стало реальностью.

Своевременность появления книги Ф. Шуберта обусловлена еще и тем, что кроме исследователей и разработчиков, занимающихся ростом кристаллов и структур и конструирующих светодиоды, интерес к свето-

диодам стали проявлять широкие круги инженеров, разрабатывающих аппаратуру для оптоэлектроники и светотехники. Стало гораздо боль­ше возможных читателей книги о светодиодах. В США, Японии, Китае, Западной Европе были приняты широкомасштабные национальные и целевые программы по проблеме светодиодного освещения. Светодиоды выпускаются сотнями миллионов штук в год. Световая отдача свето­диодов белого свечения достигла значений 130-150 лм/Вт, т. е. почти на порядок превысила светоотдачу ламп накаливания. Финансовые вложения в этом направлении составляют сотни миллионов долларов в год. Общий объем светодиодного рынка в мире в 2005 г. составил 4 млрд долл.; предполагается, что в 2010 г. он будет превышать 8 млрд долл.

Особенность книги в том, что Ф. Шуберт является профессо­ром Политехнического Института Реннслауэра в Университете штата Нью-Йорк, и книга во многом носит учебный характер. Кроме того, автор проводил исследования в разных научных направлениях, и гла­вы о светодиодах с резонаторами, о светодиодах с люминофорами, о применении светодиодов в волоконно-оптической связи содержат ори­гинальные результаты, еще ждущие практического использования.

Несмотря на все трудности последнего периода развития отече­ственной науки и техники, исследования и разработки по светодиодной тематике в России не прекращались. Развиваются работы по техно­логии эпитаксиального выращивания гетероструктур на основе GaN и его твердых растворов. Исследуются свойства примесей, дефектов и дислокаций. Изучаются электрические и оптические свойства ма­териалов и структур низкой размерности. Разработки эффективных светодиодов проводятся в промышленных фирмах, на основе как им­портных чипов, так и собственных выращенных структур. Светодиоды широко применяются в разных областях светотехники. В России необ­ходима координация научных исследований и технических разработок светодиодов в государственном масштабе. Светодиоды и устройства на их основе должны промышленно производиться в России так, чтобы быть конкурентными в современном мире. Поэтому можно выразить уверенность в том, что русское издание книги Ф. Шуберта найдет своего читателя.

При редактировании перевода мы избегали употребления термина «светоизлучающие диоды» и сокращения «СИД» как неблагозвучной дословной передачи английского термина «Light-Emitting Diodes» и со­кращения «LED». Вместо этого использован термин «светодиоды», ши­роко применяемый в русской научно-технической литературе; в некото­рых случаях использовано сокращение СД. Подстрочные примечания сделаны редактором в тех случаях, когда необходимо указать учебную литературу на русском языке и когда надо упомянуть приоритетные отечественные публикации. Кроме того, даны ссылки на некоторые ра­боты, опубликованные уже после выхода второго английского издания книги.

Перевод выполнен Е. JI. Свинцовым и Ю. А. Заболотной, науч- но-техническая терминология переведена и частично отредактирована

А. Н. Туркиным и С. С. Широковым.

Редактор выражает благодарность Р. И. Столяревской и О. Е. На - нию за консультации при переводе терминов по светотехнике и воло - конно-оптической связи.

Особая благодарность автору — проф. Ф. Шуберту за содействие в работе над книгой.

Сентябрь 2007 г.

Светодиоды уже в настоящее время стали источниками света, ко­торые производятся в промышленных масштабах для самых разных применений в светотехнике. Светодиоды эффективны, имеют малые размеры и длительный срок службы. Линейки и матрицы светодиодов излучают свет такой мощности, которая достаточна для освещения учреждений и улиц. Они также используются для цветной декоратив­ной подсветки зданий.

Если свойства светодиодов будут полностью контролироваться, они станут гораздо более мощными, чем обычные источники света. Мы бу­дем в недалеком будущем целенаправленно управлять такими свой­ствами светодиодов, как их спектр излучения, цветовая температура, угловая диаграмма, поляризация, временная модуляция. Светодиоды станут универсальными источниками света, превосходя в этом отноше­нии все другие световые источники, которые известны человечеству.

Поэтому светодиоды являются одними из ключевых приборов в со­временном технологическом обществе. Чрезвычайно важно понимать явления, определяющие принципы действия светодиодов, производство приборов и их разнообразные применения. Очень важно уметь их делать.

Первое английское издание книги Light-Emitting Diodes (Светоди­оды) появилось в 2003 г., существенно расширенное второе издание — в 2006 г. Книга стала стандартным учебником по светодиодам. Насто­ящая русская публикация — перевод второго издания книги.

Александр Юнович взял на себя труд по переводу книги на русский язык. Для меня было удовольствием поддержать его в этом начинании и предоставить часть оригинальных иллюстраций. Я хотел бы поже­лать, чтобы русский перевод книги был полезным источником знаний для многих читателей. Пусть он послужит техническому прогрессу в разных частях нашего мира и достижению более светлого и яркого будущего.

Фред Е. Шуберт