Med oro över att flytta till en ren energiplattform över hela världen med elfordon och förnybara energikällor, bortkastad energi är en faktor som är lika viktig som mängden grön energi som produceras. Således, solid-state-belysning baserad på ljusemitterande dioder (lysdioder) används som en lösning. Dock, Lysdioder kämpar för att leverera hög ljusstyrka för belysningens behov med kortare våglängd. Och utsända korta våglängder underlättar vitt ljus genom kända fosfornedomvandlare.
I Ljus:Vetenskap och applikationer , Ohio State University forskare och forskare vid Wright State University och Naval Research Laboratory beskriver en lovande ny halvledarlampa gjord med GaN-baserade material som kan öka vägguttagseffektiviteten genom att minska energiförluster och självuppvärmning.
Om den här nya tekniken kan utnyttjas för hög ljusstyrka, genombrottet skulle kunna förbättra LED-solid-state-belysning utan en betydande förändring av befintliga LED-tillverkningsanläggningar. De nya lysdioderna kan ge mer ljus med mindre spänning och motstånd än konventionella GaN -lysdioder, därigenom ökar den totala lumen per watt och undviker effektivitetstryck som plågar LED-lampor med hög ljusstyrka.
Ett sätt teamet har övervunnit detta problem är genom att helt ta bort all p-typ dopning i galliumnitrid, som historiskt sett är svårt att dopa och leder till ett högt seriemotstånd. Nyckeln till teamets upptäckt är förmågan att skapa "hål" för strålande rekombination med elektroner genom kvantmekanisk tunnel, snarare än via p-doping. Tunneleringen sker av Zener-mekanismen, leverera hålen till rekombinationszonen, minska behovet av klumpiga ohmska kontakter av p-typ och resistiva p-typ halvledarinjektorer.
Forskarna gjorde sin upptäckt medan de utvecklade resonanta tunneldioder (RTD) i galliumnitridsystemet för Office of Naval Research under programchefen Dr. Paul Maki. Som rapporterades i augusti 2016 -numret av Bokstäver i tillämpad fysik , deras ansträngning etablerade också en stabil GaN-baserad RTD-plattform för hög mikrovågsenergiproduktion och potentiellt terahertz-källor.
Den grundläggande vetenskapen bakom detta framsteg är användningen av de extremt höga elektriska fälten som induceras av polarisationseffekterna inom wurtzite GaN-baserade heterostrukturer. Dessa höga fält gör att den nya enheten inte bara kan injicera elektroner över en klassisk RTD dubbelbarriärstruktur i ledningsbandet, men också samtidigt för att injicera hål genom Zener-tunnlar över GaN-bandgapet in i valensbandet. Således, den nya lysdioden använder endast n-typ dopning, men inkluderar bipolära tunnelavgifter för att skapa den nya LED -ljuskällan.
Fortsätter kommersialisering, teamet arbetar för att balansera det injicerade elektron- och hålförhållandet för att skapa och leverera därför upp till en utsänd foton för varje injicerad elektron.
