奈米線LED挑戰發光效率瓶頸
- 上線日期：2012/7/16 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
相較於傳統平面LED的異質結構(heterostructure)，以奈米線(nanowire)製作的LED不僅錯位密度低，光輸出效率因表面積-體積比大而提高，而且還能與便宜、大面積的矽基板相容。不過目前已知的奈米線LED通常有一個致命傷：隨著注入電流增加，量子效率上升太緩慢。
為了瞭解箇中原因，加拿大麥基爾大學(McGill University)的研究人員仔細研究了奈米線LED的發光特性，試圖釐清基本的載子損耗機制。該團隊發展出獨特的氮化銦鎵/氮化鎵量子點嵌入奈米線式(dot-in-a-wire)異質結構，發光特性可藉由改變量子點的大小或/及組成成份加以控制。他們展示了不含磷且製作在矽基板上的白光LED，其內部量子效率在整個可見光譜範圍創下破記錄的~58%，他們也發現注入電流較大時，元件效能下降的主因是電子漏出活性區，而非以往認為的歐傑重合(Auger recombination)。
研究人員在量子點活性區與p型氮化鎵之間嵌入氮化鋁鎵層來阻擋電子，讓這種氮化銦鎵/氮化鎵量子點嵌入奈米線式白光LED在操作溫度高達150°C且入注電流密度超過1000 A/cm2時，效能依然不會明顯下降，此元件還表現出高度穩定的發光特性。不過，相較於傳統的量子阱LED，奈米線LED的量子效率通常隨注入電流增加上升得太慢，例如量子阱LED的最大效能通常出現在電流密度為10到20 A/cm2之間，奈米線LED則要在更大的電流密度(>100 A/cm2)才能表現最佳效能。
該團隊透過測量電致發光與溫度的關係及模擬計算，認為在奈米線側面因表面態、缺陷及大表面積-體積比所導致的Shockley-Read-Hall重合(SRH recombination)，是量子效率上升遲緩的主因，例如在室溫下且電流密度約100 A/cm2時，大約40%的載子重合屬於SRH重合。
該團隊認為這項研究釐清了限制奈米線LED表現的各種損耗機制，這些理解有助於研發實用的奈米線光子元件。詳見Nanotechnology 23, p.194012 (2012) | doi:10.1088/0957-4484/23/19/194012。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/lab/50092
譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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