Reduktion af tabet af lys på overfladen af ​​halvledernanostrukturer

En teknik til at reducere tabet af lys ved overfladen af ​​halvledernanostrukturer er blevet demonstreret af forskere ved KAUST. Nogle materialer kan effektivt omdanne elektronerne i en elektrisk strøm til lys. Disse såkaldte halvledere bruges til at skabe lysemitterende dioder eller LED'er:små, lys, energieffektiv, langtidsholdbare enheder, der i stigende grad er udbredt i både belysnings- og displayapplikationer.

Farven, eller bølgelængde, af det udsendte lys kan bestemmes ved at vælge det passende materiale. Gallium arsenid, for eksempel, udsender overvejende infrarødt lys. For kortere bølgelængder, der bevæger sig ind i det blå eller ultraviolette område af spektret, forskere har henvendt sig til galliumnitrid. Derefter, at justere emissionsbølgelængden, aluminium kan tilføjes, som ændrer afstanden mellem atomerne og øger energibåndgabet.

Imidlertid, adskillige faktorer forhindrer al den stråling, der skabes i halvlederen, i at undslippe enheden for at fungere som en effektiv lyskilde. For det første, de fleste halvledende materialer har et højt brydningsindeks, hvilket gør halvleder-luft-grænseflader stærkt reflekterede - i nogle vinkler hopper alt lys bagud i en proces kendt som total intern reflektivitet. En anden begrænsning er, at ufuldkommenheder ved overfladen fungerer som fælder, der reabsorberer lyset, før det kan undslippe.

Postdoc Haiding Sun og hans KAUST-kolleger, herunder hans vejleder, Assistent Prof. Xiaohang Li, Prof. Boon Ooi og assisterende Prof. Iman Roqan, har udviklet LED'er, der er opbygget af en stram række af dislokationsfri nanometerskala aluminium-gallium-nitrid nanotråde på et titaniumbelagt siliciumsubstrat. Mere lys kan effektivt udvindes på grund af tilstedeværelsen af ​​luftspalterne mellem nanotråde via spredning. Afvejningen er imidlertid, at arrays af nanotråde har et større overfladeareal end en plan struktur. "På grund af det store overflade-til-volumen-forhold mellem nanotråde, deres optiske og elektriske egenskaber er meget følsomme over for deres omgivelser, " siger Sun. "Overfladetilstande og defekter vil føre til laveffektive lysemitterende enheder."

Sun og holdet viser, at behandling af nanotrådene i en fortyndet kaliumhydroxidopløsning kan undertrykke overfladens reabsorption ved at fjerne dinglende kemiske bindinger og forhindre oxidation. Deres resultater viste, at en 30 sekunders behandling førte til en forbedring på 49,7 procent i udgangseffekten for ultraviolet lys sammenlignet med en ubehandlet enhed.

"Vi sigter mod at forbedre vores enheds ydeevne på flere måder, " siger Sun. "F.eks. vi vil optimere vækstbetingelserne for nanotråden, vi vil bruge kvantebrøndstrukturer i den aktive region, og vi vil bruge forskellige metalsubstrater til at forbedre lysudvindingseffektiviteten."