Forskere afslører den grundlæggende begrænsning i nøglematerialet til solid-state belysning

For første gang har en international forskningsgruppe afsløret kernemekanismen, der begrænser indium (In) -indholdet i indiumgalliumnitrid ((I, Ga) N) tynde film - nøglematerialet til blå lysdioder (LED). Forøgelse af In-indhold i InGaN-kvantebrønde er den almindelige metode til at flytte emissionen af ​​III-Nitrid-baserede LED'er mod de grønne og, i særdeleshed, rød del af det optiske spektrum, nødvendig for de moderne RGB -enheder. De nye fund besvarer det mangeårige forskningsspørgsmål:hvorfor fejler denne klassiske tilgang, når vi forsøger at opnå effektive InGaN-baserede grønne og røde lysdioder?

På trods af fremskridt inden for grønne lysdioder og lasere, forskerne kunne ikke overvinde grænsen på 30% af indiumindholdet i filmene. Årsagen til det var uklar indtil nu:er det et problem med at finde de rigtige vækstbetingelser eller rettere en grundlæggende effekt, der ikke kan overvindes? Nu, et internationalt hold fra Tyskland, Polen og Kina har kastet nyt lys over dette spørgsmål og afsløret den mekanisme, der er ansvarlig for denne begrænsning.

I deres arbejde forsøgte forskerne at skubbe indiumindholdet til det yderste ved at dyrke enkelte atomlag af InN på GaN. Imidlertid, uafhængig af vækstbetingelser, indiumkoncentrationer har aldrig oversteget 25% - 30% - et klart tegn på en grundlæggende begrænsende mekanisme. Forskerne brugte avancerede karakteriseringsmetoder, såsom atomopløsningstransmissionselektronmikroskop (TEM) og in-situ-refleksion med høj energi-elektrondiffraktion (RHEED), og opdagede, at så snart indiumindholdet når omkring 25%, atomerne inden for (I, Ga) N monolag arrangeres i et almindeligt mønster - enkelt atomkolonne af In skiftevis med to atomkolonner af Ga -atomer. Omfattende teoretiske beregninger afslørede, at atomordenen er fremkaldt af en bestemt overfladerekonstruktion:indiumatomer er bundet til fire tilstødende atomer, i stedet for forventede tre. Dette skaber stærkere bindinger mellem indium- og nitrogenatomer, hvilken, på den ene side, giver mulighed for at bruge højere temperaturer under væksten og giver materiale af bedre kvalitet. På den anden side, bestillingen sætter grænsen for In -indholdet på 25%, som ikke kan overvindes under realistiske vækstbetingelser.

"Tilsyneladende, en teknologisk flaskehals hæmmer alle forsøg på at flytte emissionen fra det grønne mod det gule og det røde område i spektrene. Derfor, nye originale veje er påkrævet for at overvinde disse grundlæggende begrænsninger ", siger Dr. Tobias Schulz, videnskabsmand ved Leibniz-Institut für Kristallzüchtung; "for eksempel, vækst af InGaN-film på InGaN-pseudosubstrater af høj kvalitet, der ville reducere belastningen i det voksende lag. "

Imidlertid, opdagelsen af ​​bestilling kan hjælpe med at overvinde velkendte begrænsninger i InGaN -materialesystemet:lokalisering af ladningsbærere på grund af udsving i legeringens kemiske sammensætning. Voksende stald bestilt (i, Ga) N -legeringer med den faste sammensætning ved høje temperaturer kunne således forbedre apparaters optiske egenskaber.