Ljusemitterande dioder gjorda av indiumgalliumnitrid ger bättre luminescenseffektivitet än många av de andra materialen som används för att skapa blå och gröna lysdioder. Men en stor utmaning med att arbeta med InGaN är dess kända dislokationsdensitetsdefekter som gör det svårt att förstå dess emissionsegenskaper.

I Journal of Applied Physics , forskare i Kina rapporterar en InGaN LED-struktur med hög luminescenseffektivitet och vad som tros vara den första direkta observationen av övergångsbärare mellan olika lokaliseringstillstånd inom InGaN. Lokaliseringstillstånden bekräftades av temperaturberoende fotoluminescens och excitationseffektberoende fotoluminescens.

Lokaliseringstillståndsteori används vanligtvis för att förklara den höga luminescenseffektiviteten som uppnås via det stora antalet dislokationer inom InGaN-material. Lokaliseringstillstånd är de energiminimatillstånd som tros existera inom InGaN-kvantbrunnsregionen (diskreta energivärden), men en direkt observation av lokaliseringstillstånd var svårfångad fram till nu.

"Baserat främst på indiumhaltsfluktuationer, vi utforskade "energiminima" som finns kvar inom InGaN-kvantbrunnsregionen, " sa Yangfeng Li, tidningens huvudförfattare och nu postdoktor vid Hong Kong University of Science and Technology. "Sådana energiminima kommer att fånga upp laddningsbärarna – elektroner och hål – och förhindra att de fångas upp av defekter (dislokationer). Det gör att emissionseffektiviteten påverkas mindre av det stora antalet defekter."

Gruppens direkta observation av lokaliseringstillstånd är en viktig upptäckt för framtiden för lysdioder, eftersom det verifierar deras existens, vilket var en långvarig öppen vetenskaplig fråga.

"Segregering av indium kan vara en av anledningarna till att lokaliseringstillstånd, " sa Li. "På grund av att det finns lokaliseringstillstånd, Laddningsbärarna kommer huvudsakligen att fångas upp i lokaliseringstillstånden snarare än av icke-strålningsrekombinationsdefekter. Detta förbättrar den höga luminescenseffektiviteten hos ljusemitterande enheter."

Baserat på gruppens elektroluminescensspektra, "InGaN-provet med starkare lokaliseringstillstånd ger mer än en dubbel förbättring av ljuseffekten vid samma ströminsprutningsförhållanden som prover av svagare lokaliseringstillstånd, " sa Li.

Forskarnas arbete kan fungera som en referens om emissionsegenskaperna hos InGaN-material för användning vid tillverkning av lysdioder och laserdioder.

De planerar att fortsätta utforska galliumnitrid-relaterade material och enheter "inte bara för att få en bättre förståelse av deras lokaliseringar utan också egenskaperna hos InGaN kvantprickar, som är halvledarpartiklar med potentiella tillämpningar i solceller och elektronik, " Sa Li. "Vi hoppas att andra forskare också kommer att genomföra djupgående teoretiska studier av lokaliseringstillstånd."