Forskere tunnel til en ny lyskilde

Med bekymringer over at flytte til en ren energiplatform på verdensplan med elbiler og vedvarende energikilder, spild af energi er en lige så vigtig faktor som mængden af ​​grøn energi, der produceres. Dermed, solid-state belysning baseret på lysemitterende dioder (LED'er) udråbes som en løsning. Imidlertid, Lysdioder kæmper for at levere høj lysstyrke til belysningens behov med kortere bølgelængde. Og udsendte korte bølgelængder letter hvidt lys gennem kendte fosfornedkonvertere.

I Lys:Videnskab og applikationer , Ohio State University forskere og forskere ved Wright State University og Naval Research Laboratory beskriver en lovende ny halvleder-LED fremstillet med GaN-baserede materialer, der kan øge vægstikkets effektivitet ved at reducere energitab og selvopvarmning.

Hvis denne nye teknologi kan udnyttes til højt lysudbytte, gennembruddet kunne forbedre LED solid state-belysning uden en væsentlig ændring af eksisterende LED-produktionsfaciliteter. De nye lysdioder kunne give mere lys med mindre spænding og modstand end konventionelle GaN -lysdioder, derved øge den samlede lumen pr. watt output og undgå effektivitetsfaldet, der plager LED'er med høj lysstyrke.

En måde, teamet har overvundet dette problem på, er ved helt at fjerne al p-type doping i galliumnitrid, hvilket historisk set er svært at dope og fører til en høj seriemodstand. Nøglen til teamets opdagelse er evnen til at skabe "huller" til strålende rekombination med elektroner ved kvantemekanisk tunneling, frem for via p-doping. Tunnelleringen sker ved Zener -mekanismen, levere hullerne til rekombinationszonen, afbødning af behovet for klodset ohmiske kontakter af p-typen og resistive p-type halvlederinjektorer.

Forskerne gjorde deres opdagelse, mens de fremrykkede resonante tunneldioder (RTD) i galliumnitridsystemet til Office of Naval Research under programchef Dr. Paul Maki. Som rapporteret i august 2016 -udgaven af Anvendt fysik bogstaver , deres indsats etablerede også en stabil GaN-baseret FTU-platform til produktion af høj mikrobølgeeffekt og potentielt terahertz-kilder.

Den grundlæggende videnskab bag dette fremskridt er brugen af ​​de ekstremt høje elektriske felter forårsaget af polariseringseffekter inden for wurtzite GaN-baserede heterostrukturer. Disse høje felter gør det muligt for den nye enhed ikke kun at injicere elektroner hen over en klassisk RTD dobbeltbarriere struktur i ledningsbåndet, men også samtidigt for at injicere huller ved Zener -tunnellering over GaN -båndgabet ind i valensbåndet. Dermed, den nye LED bruger kun n-type doping, men inkluderer bipolære tunneler til at oprette den nye LED lyskilde.

Forfølger kommercialisering, teamet arbejder på at balancere det injicerede elektron- og hulforhold for at oprette og derfor levere op til en udsendt foton for hver injiceret elektron.