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共掺杂有望实现超高效的白色Ga2O3 LEDs

2022/11/17 6:50:51      材料来源:化合物半导体

含有稀土离子的Ga2O3 LED具有很高的显色指数,同时避免了与斯托克斯位移有关的损失。

 

今天的白光LED虽然取得了巨大的成功。但巨大成功不应掩盖其弱点。它们常见的结构是将黄色荧光粉与蓝色发光芯片结合在一起,导致了一些缺点,包括低的显色指数,斯托克斯能量转换损失和低的热稳定性。从荧光粉到稀土离子的转换应该可以消除这些缺点。

 

最近佐贺大学的一个团队在这方面取得了成功。该团队正在开发共掺杂钽、铕和其他元素的Ga2O3 LEDs。该团队的发言人郭启新告诉《化合物半导体》记者说,在他们的共掺杂LED中,其红、绿、蓝三色混合发射的能量转移机制的性质需要进一步研究。然而,由于斯托克斯位移,没有任何能量损失"。该团队的最新发射器件是建立在以前工作之上而开发带有稀土离子的Ga2O3 LEDs。

 

早在2021年,Guo和他的同事们报道了一种白光LED包含一个垂直堆叠,具有150个周期,分别由掺杂钽、铕或铒的Ga2O3薄膜组成。由于生产这么多层的LED需要一个复杂的沉积过程,该团队已经开始研究基于共掺杂的钽、铒和铕的可调控彩色LEDs的可行性。他们的器件,是基于p型GaAs衬底的异质共掺杂Ga2O3,其阈值电压约为9V,并发出彩色电致发光”。

 

为了制备器件,郭和同事用脉冲激光沉积技术在p型GaAs上(111)上生长了钽、铒或铕共掺杂的Ga2O3薄膜,沉积衬底温度500°C,0.1 Pa氧气气氛,生长时间为3小时,衬底与靶材间距为40 nm。“激光沉积适用于基础研究,他补充说,大规模生产MOCVD更合适。用x射线衍射仔细表征了LED结构,拉曼光谱分析结果表明掺Ga2O3薄膜是多晶的,钽、铒和铕离子产生在分别460nm,530nm,610nm发光,三者组合产生发光LED。

 

 

对器件进行测量,Ga2O3表面有溅射一层250纳米厚的ITO薄膜,在背面电子束蒸发法沉积一层金电极,反向偏压下没有观察到发射,表明器件需要同时注入电子和空穴才能工作。钽,铒和铕离子的结合,郭说是最佳的用于制造白光LED的掺杂剂,产生分别在460 nm, 530 nm和610nm的尖锐发射峰。这导致了明亮、均匀的粉色光随驱动电流逐渐改变颜色。

 

据团队说,对现有的稀土离子组合进行钽、铒和铕掺杂微调,就可以实现白光LED。共掺Ga2O3 LED的优点之一是它的发射波长不会随着环境温度改变。郭某和同事仍在研究LEG的效率和寿命。同时将使用低温光致发光手段来揭示共掺杂Ga2O3薄膜的能量传递机理。

 

参考文献

 

 Y. Huang et al. Appl. Phys. Express 15 081005 (2022)

 

 

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