混色是将两种或两种以上的颜色组合在一起的过程:红与绿合成黄色，蓝与红合成紫色，红与绿合成蓝色合成白色。这种混合颜色的过程是未来固态照明的基础。虽然目前白光是通过荧光粉下转换实现的，但LED混色实际上具有更高的理论最大效率，这是实现2035年美国能源部能效目标所需要的。
尽管彩色混合LED光源具有潜在的效率，但存在一个重大挑战:绿色。“绿色缺口”被描述为缺乏合适的绿色led。目前的绿色led由最先进的六方iii型氮化物制成，但仅达到2035年美国能源部路线图中设定的效率目标的三分之一。
在一项新的研究中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员发现了一种填补绿色缺口的潜在途径，并报告了一种具有32%内部量子效率(IQE)的绿色发射立方iii -氮化物活性层，其效率比文献中报道的传统立方活性层高6倍以上。
“最终目标是将目前白光发光二极管的效率提高三倍。要做到这一点，我们需要填补光谱中的绿色空白，这不是一件容易的事。你需要创新。我们通过使用立方氮化物从材料方面展示了创新，”电子和计算机工程教授Can Bayram说，他与研究生jae - kwon Lee一起领导了这项工作。
这项研究的结果最近发表在《应用物理快报》的一期封面文章中。
今天，最有效的白光led使用蓝光发光二极管与稀土荧光粉涂层，将蓝光转换成黄色，绿色和/或红色，从而实现白色照明。这个过程称为荧光粉下转换。荧光粉是一种发光材料，可以吸收高能光子(如蓝光)并将其转化为低能量/波长较长的光(如绿光、黄光和红光)。
然而，这种荧光粉的下转换过程有局限性。下转换过程本质上是低效的，因为高能光子必须损失能量(以热的形式)才能转换成其他能量的光子。目前，SSL中使用的白光led产生的热量是光输出的7倍。此外，荧光粉在化学上不稳定，给LED器件增加了显著的原材料和包装成本(约20%)。
尽管近年来蓝光LED的效率有所提高，但使用荧光粉的SSL理论最大发光效率仅为255流明/瓦(lm/W)，而LED混色可以实现408流明/瓦的理论最大发光效率。
然而，许多绿色led的既定方法在高电流密度下受到“效率下降”的困扰。即使增加铟的含量(一种绿色发射所需的昂贵元素)，传统的六方iii型氮化物也很难实现高效的绿色发射，铟的含量会导致更高的缺陷密度和效率下降。这对SSL的广泛采用提出了一个根本性的挑战。
“我们找到了一种方法，通过使用Bayram团队发明的纵横比相位捕获技术，合成低缺陷密度、高质量的单相立方氮化镓，”Lee解释说。在长径比相捕获中，缺陷以及不需要的六角形相被“捕获”在凹槽内，从而使活性层表面成为完美的三相材料。立方相和六边形相指的是材料中原子的组织方式。
在这里，研究人员开发了一种立方iii -氮化物系统，可以实现高效，无下垂的绿色led, IQE为32%，铟含量仅为16%。这是立方井中最高的IQE，与传统的六边形井相比，铟用量减少了30%。
Bayram说，绿色间隙可以通过使用立方iii -氮化物来弥补，因为这些材料在SSL中的优势在理论上和实验上都有很好的记录。立方体器件的实际效率一直受到立方体相质量和纯度的阻碍，但本研究中使用的新型宽高比相位捕获技术可以实现高质量，纯净的立方iii -氮化物。
更多信息:J. Lee et al .，室温下具有32%内量子效率的Green-emitting cubic GaN/In0.16Ga0.84N/GaN量子阱，Applied Physics Letters(2024)。DOI: 10.1063/5.0179477
由伊利诺伊大学格兰杰工程学院提供
引用本文:闭合绿色间隙:一个具有32%内量子效率的立方iii-氮化物活性层(2024,January 23)于2024年1月23日从https://phys.org/news/2024-01-green-gap-cubic-iii-nitride.html检索
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