混合奈米晶体LED设计可抑制效率下降

    中国研究人员们采用一种混合奈米晶体的途径，在氮化铟镓(InGaN)/氮化镓(GaN)蓝光LED结构的奈米孔洞中填充奈米晶体，据称可大幅提高白光LED的效率。

    来自南京大学(NJU)的研究人员们在发布于《应用物理快报》(Applied Physics Letters)的研究中指出，提高色彩转换效率(CCE)的关键取决于有效的非辐射谐振能量转移，而不是在结合蓝光InGaN/GaN LED与向下转换材料(如磷或甚至半导体奈米晶体(NC)等)时经常发生的辐射泵。

    非辐射共振能量转换(NRET)有赖于强大的激子-激子耦合。透过载子流动的模式，研究人员发现NRET能够免于因中介光源放射与转换步骤造成的损耗，并以非辐射和谐振的方式将能量转换并谐振至具有更高量子率的奈米晶体。

    研究人员采用金属有机化学气相沉积法，在c平面图案化蓝宝石基底上生长InGaN/GaN MQW外延晶圆，制造出具有蓝色奈米孔洞(NH)结构的NH-LED，每个LED的有效面积为300×300μm^2。

    利用软UV固化奈米压印微影技术，在主动层上进行图案化，实现直径为300nm、间距约600nm的六边形奈米孔洞晶格。接着，研究人员将CdSe/ZnS核心/壳奈米晶体溶液的液滴涂布于该元件上。

    LED裸晶(a)与混合InGaN/GaN NH-LED (b)的SEM影像图，显示该元件结构具有奈米晶体或无奈米晶体的形态。进一步放大为(c)和 (d)。图1 (e)显示裸露的六边形奈米孔洞晶格，而图1 (f)则显示CdSe/ZnS 核心/壳5nm奈米晶体以10nm直径紧密封装的SEM图。

    研究人员们在制造具有CdSe/ZnS 核心/殻 NC填充的蓝色InGaN/GaN奈米孔洞LED时，他们还观察并分析到的另一种效果是抑制效率降低——在大量注入电流密度时将在主动区域产生过的载子流动，降低了该元件的整体效率。

    透过分析作为控制元件的LED裸晶及其混合NH-LED 中的InGaN / GaN MQW载流子浓度，研究人员发现混合NH-LED 中的载子浓度可透过NRET降低，从而抑制效率下降。此外，研究人员还在混合NH-LED中观察到奈米晶体放射的量子效率为44%，较无奈米孔洞图案的混合LED更高2倍。在这种混合结构中，他们注意到NH-MQW层的激子通过NRET通道的机会更大，而NRET衰减率则均匀地较奈米孔洞MQW LED裸晶更快3-4倍。