研究人員發(fā)現(xiàn)奈米孔洞中填充奈米晶體 可大幅提高白光LED的效率

2016-10-17 11:41 瀏覽次數(shù)：12488

近日，有媒體報道中國研究團(tuán)隊采用一種混合奈米晶體的途徑，在氮化銦鎵(InGaN)/氮化鎵(GaN)藍(lán)光LED結(jié)構(gòu)的奈米孔洞中填充奈米晶體，據(jù)稱可大幅提高白光LED的效率。

來自南京大學(xué)(NJU)的研究人員們在發(fā)布于《應(yīng)用物理快報》(Applied Physics Letters)的研究中指出，提高色彩轉(zhuǎn)換效率(CCE)的關(guān)鍵取決于有效的非輻射諧振能量轉(zhuǎn)移，而不是在結(jié)合藍(lán)光InGaN/GaNLED與向下轉(zhuǎn)換材料(如磷或甚至半導(dǎo)體奈米晶體(NC)等)時經(jīng)常發(fā)生的輻射泵。

非輻射共振能量轉(zhuǎn)換(NRET)有賴于強(qiáng)大的激子-激子耦合。透過載子流動的模式，研究人員發(fā)現(xiàn)NRET能夠免于因中介光源放射與轉(zhuǎn)換步驟造成的損耗，并以非輻射和諧振的方式將能量轉(zhuǎn)換并諧振至具有更高量子率的奈米晶體。

研究人員采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法，在c平面圖案化藍(lán)寶石基底上生長InGaN/GaNMQW外延晶圓，制造出具有藍(lán)色奈米孔洞(NH)結(jié)構(gòu)的NH-LED，每個LED的有效面積為300×300μm^2。

利用軟UV固化奈米壓印微影技術(shù)，在主動層上進(jìn)行圖案化，實現(xiàn)直徑為300nm、間距約600nm的六邊形奈米孔洞晶格。接著，研究人員將CdSe/ZnS核心/殼奈米晶體溶液的液滴涂布于該元件上。

LED裸晶(a)與混合InGaN/GaN NH-LED(b)的SEM影像圖，顯示該元件結(jié)構(gòu)具有奈米晶體或無奈米晶體的形態(tài)。進(jìn)一步放大為(c)和(d)。圖1(e)顯示裸露的六邊形奈米孔洞晶格，而圖1(f)則顯示CdSe/ZnS核心/殼5nm奈米晶體以10nm直徑緊密封裝的SEM圖。

研究人員們在制造具有CdSe/ZnS核心/殻NC填充的藍(lán)色InGaN/GaN奈米孔洞LED時，他們還觀察并分析到的另一種效果是抑制效率降低——在大量注入電流密度時將在主動區(qū)域產(chǎn)生過的載子流動，降低了該元件的整體效率。

透過分析作為控制元件的LED裸晶及其混合NH-LED中的InGaN/GaNMQW載流子濃度，研究人員發(fā)現(xiàn)混合NH-LED中的載子濃度可透過NRET降低，從而抑制效率下降。

此外，研究人員還在混合NH-LED中觀察到奈米晶體放射的量子效率為44%，較無奈米孔洞圖案的混合LED更高2倍。在這種混合結(jié)構(gòu)中，他們注意到NH-MQW層的激子通過NRET通道的機(jī)會更大，而NRET衰減率則均勻地較奈米孔洞MQWLED裸晶更快3-4倍。?

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?? ??? 來源：高工LED