研究人员利用半导体材料中的固有缺陷来产生长波光

据国外媒体报道，来自麻省理工学院低能电子系统跨学科研究小组(MIT在新加坡的研究机构，SMART)的研究人员，与麻省理工学院、新加坡国立大学和南洋理工大学的合作者发现了一种利用半导体材料固有缺陷产生长波(红色、橙色和黄色)光的新方法，其潜在应用包括商业光源和显示器中的直接光发射器。与以前使用的方法相比，例如使用磷光体将一种颜色的光转换为另一种颜色，这项技术得到了进一步的改进。

(来源:smart.mit)

铟镓氮化物(InGaN)LED是一种基于III族元素氮化物的发光二极管(LED)。20多年前(20世纪90年代)开始制造，后来越来越小，越来越强大，高效耐用。如今，InGaN LED在许多工业和消费应用中随处可见，包括信号、光通信和数据存储。它还在高需求的消费应用中发挥着重要作用，如固态照明、电视、笔记本电脑、移动设备、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)解决方案。

20多年来，对这种电子设备的需求不断增加，这促进了相关研究的发展，以获得更高的半导体光输出、可靠性、寿命和通用性，进而产生了对可以发出不同颜色光的led的需求。在现代LED中，InGaN材料通常用于产生紫光和蓝光，而另一种半导体AlGaInP用于产生红光、橙光和黄光。这是因为InGaN在红色和琥珀色光谱中表现不好，因为需要更高的铟含量，导致效率更低。此外，这种具有相对高铟浓度的InGaN LED很难使用传统的半导体结构来制造。因此，实现全固态白光发光器件(需要三原色光)的目标并没有实现。

为了应对这些挑战，聪明的研究人员开发了一种实用的方法，通过利用InGaN材料中预先存在的缺陷来制备铟浓度明显更高的InGaN量子点。在这个过程中，材料中自然存在的位错导致V型坑的合并，从而直接形成富铟量子点，即发射长波长光的材料岛。在常规硅衬底上生长这些结构进一步消除了对具有特定结构的非常规衬底的需要。研究人员还以高空间分辨率绘制了InGaN量子点的成分图，并首次从视觉上确认了它们的形态。除了量子点的形成，另一种固有的晶体缺陷，堆垛层错成核，可以进一步促进更长波长的发射。

主要研究人员Jing-Yang Chung说:“多年来，该领域的研究人员一直在努力解决InGaN量子阱结构中固有缺陷带来的各种挑战。在新方法中，我们设计了一个纳米坑缺陷，为InGaN量子点的直接生长搭建了一个平台。这项工作证明了利用硅衬底制造新的富铟结构的可行性，不仅解决了目前长波InGaN光源效率低的挑战，也缓解了衬底昂贵的问题。”

这样，SMART的发现在克服InGaN产生红橙黄光时效率降低的问题上迈出了重要的一步。在未来，这项工作可能有助于开发由单一材料组成的微型LED阵列。研究人员表示，这项研究对环境也有影响。例如，这一突破将有助于加速淘汰白炽灯等非固态光源，甚至淘汰目前涂有磷的蓝色InGaN LED，采用全固态混色方案，从而大幅降低全球能耗。此外，这项工作可能会对半导体和电子行业产生更广泛的影响。这种新方法遵循标准的工业生产程序，可以广泛应用。据国外媒体报道，来自麻省理工学院低能电子系统跨学科研究组(MIT在新加坡的研究所，SMART)的研究人员、合作者wi……麻省理工学院、新加坡国立大学和南洋理工大学发现了一种利用半导体材料固有缺陷产生长波(红色、橙色和黄色)光的新方法，其潜在应用包括商业光源和显示器中的直接光发射器。与以前使用的方法相比，例如使用磷光体将一种颜色的光转换为另一种颜色，这项技术得到了进一步的改进。

(来源:smart.mit)

铟镓氮化物(InGaN)LED是一种基于III族元素氮化物的发光二极管(LED)。20多年前(20世纪90年代)开始制造，后来越来越小，越来越强大，高效耐用。如今，InGaN LED在许多工业和消费应用中随处可见，包括信号、光通信和数据存储。它还在高需求的消费应用中发挥着重要作用，如固态照明、电视、笔记本电脑、移动设备、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)解决方案。

20多年来，对这种电子设备的需求不断增加，这促进了相关研究的发展，以获得更高的半导体光输出、可靠性、寿命和通用性，进而产生了对可以发出不同颜色光的led的需求。在现代LED中，InGaN材料通常用于产生紫光和蓝光，而另一种半导体AlGaInP用于产生红光、橙光和黄光。这是因为InGaN在红色和琥珀色光谱中表现不好，因为需要更高的铟含量，导致效率更低。此外，这种具有相对高铟浓度的InGaN LED很难使用传统的半导体结构来制造。因此，实现全固态白光发光器件(需要三原色光)的目标并没有实现。

为了应对这些挑战，聪明的研究人员开发了一种实用的方法，通过利用InGaN材料中预先存在的缺陷来制备铟浓度明显更高的InGaN量子点。在这个过程中，材料中自然存在的位错导致V型坑的合并，从而直接形成富铟量子点，即发射长波长光的材料岛。在常规硅衬底上生长这些结构进一步消除了对具有特定结构的非常规衬底的需要。研究人员还以高空间分辨率绘制了InGaN量子点的成分图，并首次从视觉上确认了它们的形态。除了量子点的形成，另一种固有的晶体缺陷，堆垛层错成核，可以进一步促进更长波长的发射。

主要研究人员Jing-Yang Chung说:“多年来，该领域的研究人员一直在努力解决InGaN量子阱结构中固有缺陷带来的各种挑战。在新方法中，我们设计了一个纳米坑缺陷，为InGaN量子点的直接生长搭建了一个平台。这项工作证明了利用硅衬底制造新的富铟结构的可行性，不仅解决了目前长波InGaN光源效率低的挑战，也缓解了衬底昂贵的问题。”

这样，SMART的发现在克服InGaN产生红橙黄光时效率降低的问题上迈出了重要的一步。在未来，这项工作可能有助于开发由单一材料组成的微型LED阵列。研究人员表示，这项研究对环境也有影响。例如，这一突破将有助于加速淘汰白炽灯等非固态光源，甚至淘汰目前涂有磷的蓝色InGaN LED，采用全固态混色方案，从而大幅降低全球能耗。此外，这项工作可能会对半导体和电子行业产生更广泛的影响。这种新方法遵循标准的工业生产程序，可以广泛应用。

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