由新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)提供
通过利用发光二极管材料中的固有缺陷，展示了一种制造量子点的新方法
通过金字塔的形成，包含富铟量子点的金字塔顶点发出局部明亮的发光
信用:SMART 来自新加坡低能电子系统跨学科研究小组-麻省理工学院研究和技术联盟(麻省理工学院在新加坡的研究企业)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一起，发现了一种通过利用半导体材料中的固有缺陷产生长波长(红色、橙色和黄色)光的新方法，该方法有可能在商用光源和显示器中用作直射光发射器
这项技术将是对现有方法的改进，例如，使用磷光体将一种颜色的光转换成另一种颜色的光
一种基于第三族元素氮化物的发光二极管(LED)，铟镓氮化物(InGaN)LED在20多年前的90年代首次被制造，并且从那时起已经发展成为越来越小，同时变得越来越强大、高效和耐用
如今，InGaN发光二极管可以在各种工业和消费者使用案例中找到，包括信号和光通信以及数据存储，并且在高需求消费者应用中至关重要，例如固态照明、电视机、笔记本电脑、移动设备、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)解决方案
对这种电子器件不断增长的需求推动了二十多年来对半导体实现更高的光输出、可靠性、寿命和多功能性的研究，这导致了对能够发射不同颜色光的发光二极管的需求
传统上，InGaN材料被用于现代发光二极管中产生紫色和蓝色光，而磷化铝镓铟(AlGaInP)——一种不同类型的半导体——被用于产生红色、橙色和黄色光
这是因为InGaN在红色和琥珀色光谱中表现不佳，这是由于需要更高水平的铟而导致效率降低
此外，这种铟浓度相当高的InGaN发光二极管仍然难以使用传统的半导体结构制造
因此，实现全固态白光发光器件——需要三原色光——仍然是一个未实现的目标
为了应对这些挑战，SMART研究人员在最近发表在《ACS光子学》杂志上的一篇题为“发光V型坑:发光富铟InGaN量子点的替代方法”的论文中展示了他们的发现
在他们的论文中，研究人员描述了一种通过利用InGaN材料中预先存在的缺陷来制造铟浓度显著更高的InGaN量子点的实用方法
在这个过程中，由材料中天然存在的位错导致的所谓V形坑的聚结直接形成富铟量子点，即发射更长波长光的小材料岛
通过在常规硅衬底上生长这些结构，进一步消除了对图案化或非常规衬底的需要
研究人员还对InGaN量子点进行了高空间分辨率的成分绘图，首次提供了它们形态的视觉确认
除了量子点的形成之外，堆垛层错的成核(另一种内在晶体缺陷)进一步导致了更长波长的发射
SMART研究生、该论文的主要作者钟景阳说，“多年来，该领域的研究人员一直试图解决InGaN量子阱结构固有缺陷带来的各种挑战
在一种新的方法中，我们设计了一个纳米坑缺陷来实现直接InGaN量子点生长的平台
因此，我们的工作证明了将硅衬底用于新的富铟结构的可行性，这与解决长波长InGaN光发射器的低效率的当前挑战一起，也缓解了昂贵衬底的问题
" 通过这种方式，SMART的发现代表着在克服InGaN在产生红色、橙色和黄色光时效率降低的问题上迈出了重要的一步
反过来，这项工作可能有助于由单一材料组成的微型发光二极管阵列的未来发展
博士；医生
合著者、LEES首席研究员西尔维娅·格拉德切克补充道，“我们的发现对环境也有影响
例如，这一突破可能会导致更快地淘汰非固态光源(如白炽灯泡)，甚至是目前采用全固态混色解决方案的荧光涂层蓝色InGaN发光二极管，进而大幅降低全球能源消耗
" SMART首席执行官兼LEES首席研究员尤金·菲茨杰拉德(Eugene Fitzgerald)表示:“我们的工作还可能对半导体和电子行业产生更广泛的影响，因为这里描述的新方法遵循标准行业制造程序，可以大规模采用和实施。”
“在更宏观的层面上，除了因InGaN驱动的节能可能带来的潜在生态效益外，我们的发现还将有助于该领域对新型高效InGaN结构的持续研究和开发
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