照亮21世纪的新型光源——2014年诺贝尔物理学奖介绍

潘笃武

教授，复旦大学物理系，上海 200433

照亮21世纪的新型光源
——2014年诺贝尔物理学奖介绍

潘笃武

教授，复旦大学物理系，上海 200433

发光二极管；蓝色发光二极管；节能并环保的光源；氮化镓；异质结

2014年的诺贝尔物理学奖颁给发明蓝色发光二极管的赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)和中村修二(Shuji Nakamura)。简单介绍了获奖者的研究工作及成就，并简略描述了蓝色发光二极管的物理原理和结构。

2014年10月7日瑞典皇家科学院宣布，按照阿尔弗雷德·诺贝尔“奖励对人类有最大利益的发明”的精神，2014年的诺贝尔物理学奖授予日本科学家赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)和美籍日裔科学家中村修二(Shuji Nakamura)(图1)，奖励他们发明了一种新型光源——蓝色发光二极管。

发光二极管(light emitting diode, LED)是一种新型光源，它根据半导体二极管中电子和空穴在pn结处复合时发光的原理制成。图2上半部表示p型和n型半导体结合形成pn结，pn结有整流作用，电流只能从图左边的p型材料通过结进入右边的n型材料。图2下半部表示半导体的能带。当电流通过半导体的pn结时，在一定条件下，导带中的电子落到价带和空穴复合并发射光子(图3)。光子能量等于或大于带隙(价带顶和导带底之间的宽度)的能量，就是说，发射光子的频率(颜色)取决于带隙宽度。 不同的材料有不同的带隙宽度，从而可以得到不同颜色的光。当然，在发光的同时，电子和空穴复合放出的能量也可能转变为原子的振动或其他形式的能量而不以光的形式放出，这些是对二极管发光不利的因素。……