Дефекты светодиодов используют для дисплеев нового типа

Новая технология подразумевает альтернативный подход к разработке излучателей красного света из InGaN, которые традиционно отличаются низкой эффективностью. Исследователи из Сингапура добились генерации длинноволнового (красного, оранжевого и желтого) света за счет использования собственных дефектов, которые присущи полупроводниковым материалам. Фактически новая разработка является улучшенной версией существующих методов, в которых, в частности, используются люминофоры. У нового же подхода есть явные преимущества благодаря прямому генерированию красного, зеленого и синего света. Эту особенность можно использовать в производстве дисплеев и коммерческих источников света.

Светоизлучающие диоды на основе нитрида индия-галлия (InGaN) впервые были созданы более 20 лет назад. С тех пор технология эволюционировала, стала эффективнее и надежнее. В настоящее время светодиоды InGaN используют во многих областях, включая передачу сигналов, оптическую связь и хранение данных. Также они применяются в мобильной электронике, устройствах виртуальной и дополненной реальности, телевизорах и др.

Как правило, InGaN в современных светодиодах используется в качестве эпитаксиального слоя и служит для генерирования фиолетового и синего света, в то время как другой полупроводник — фосфид алюминия, галлия, индия (AlGaInP) — применяют для формирования красного, оранжевого и желтого света. Это связано с невысокой производительностью InGaN в красном и желтом спектрах. Чтобы получить более высокую эффективность, требуется большая  концентрация индия в материале. А такие диоды, в свою очередь, трудно создать на базе традиционных полупроводниковых структур.

В исследовании, опубликованном в ACS Photonics, сингапурские ученые описывают способ получения квантовых точек со значительно более высокой концентрацией индия, основываясь на уже существующих дефектах в светодиодах InGaN.

Квантовые точки с большим количеством индия образуются благодаря слиянию так называемых V-образных ямок (они появляются из-за естественных дислокаций в материале). Если выращивать эти структуры на обычных кремниевых подложках, то отдельное формирование рисунка или нестандартные подложки становятся не нужны.

Таким образом, ученые смогли продемонстрировать, что существует возможность выращивать новые структуры, богатые индием, на недорогих кремниевых подложках. Это решает нынешние проблемы, связанные с низкой эффективностью длинноволновых светодиодов InGaN, а также отменяет необходимость использования более дорогих подложек. Кроме того, новая технология способна повлиять на будущее развитие массивов микро-светодиодов, а также на экологию: прорыв на ее основе может привести к более быстрому отказу от нетвердотельных источников освещения наподобие ламп накаливания, и даже от современных синих светодиодов InGaN с люминофорами. Это, в свою очередь, существенно сократит мировое потребление электроэнергии.