蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，新加坡麻省理工學(xué)院研究與技術(shù)聯(lián)盟（麻省理工學(xué)院在新加坡的研究機(jī)構(gòu)SMART，Singapore-MIT Alliance for Research and Technology）低能電子系統(tǒng)跨學(xué)科研究小組的研究人員，與麻省理工學(xué)院、新加坡國立大學(xué)（National University of Singapore）和南洋理工大學(xué)（Nanyang Technological University）的合作者發(fā)現(xiàn)了一種新的方法，利用半導(dǎo)體材料中的固有缺陷來產(chǎn)生長波（紅、橙、黃）光，其潛在應(yīng)用包括商業(yè)光源和顯示器內(nèi)的直接發(fā)光器。與以前使用的方法相比，如使用熒光粉（phosphor）將一種顏色的光轉(zhuǎn)換成另一種顏色，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步提升。

（圖片來源：smart.mit）

氮化銦鎵（InGaN）LED是一種基于第III族元素氮化物的發(fā)光二極管（LED），于20多年前（90年代）首次制造問世，此后演變得越來越小，同時(shí)越來越強(qiáng)勁、高效和耐用。如今，InGaN LED在眾多工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用案例中隨處可見，包括信號、光通信和數(shù)據(jù)存儲；并且在高需求消費(fèi)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，如固態(tài)照明、電視機(jī)、筆記本電腦、移動設(shè)備、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）解決方案等。

20多年來，對這類電子設(shè)備的需求不斷增長，由此推動相關(guān)研究發(fā)展，以獲得更高的半導(dǎo)體光輸出、可靠性、壽命和多功能性，進(jìn)而產(chǎn)生對能發(fā)出不同顏色光的LED的需求。在現(xiàn)代LED中，通常使用InGaN材料來產(chǎn)生紫光和藍(lán)光，而另一種半導(dǎo)體磷化鋁鎵銦（AlGaInP）用于產(chǎn)生紅、橙和黃光。這是由于InGaN在紅色和琥珀色光譜中表現(xiàn)不佳，因?yàn)樾枰吆康你?，而?dǎo)致效率降低。此外，這種具有相當(dāng)高銦濃度的InGaN LED，很難使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造。因此，實(shí)現(xiàn)全固態(tài)白光發(fā)光設(shè)備（需要三種基色光），這一目標(biāo)仍未達(dá)成。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，SMART的研究人員開發(fā)了一種實(shí)用的方法，利用InGaN材料中預(yù)先存在的缺陷，制備具有明顯更高銦濃度的InGaN量子點(diǎn)。在這一過程中，材料中自然存在的位錯（dislocations）導(dǎo)致V形坑合并，從而直接形成富銦量子點(diǎn)，即發(fā)射較長波長光的材料島狀物。在常規(guī)硅基底上生長這些結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步消除對具有一定結(jié)構(gòu)或非常規(guī)基底的需要。研究人員還對InGaN量子點(diǎn)進(jìn)行高空間分辨率的成分繪圖，首次從視覺上確認(rèn)其形態(tài)。除了形成量子點(diǎn)，另一種固有的晶體缺陷——堆積層錯成核，能夠進(jìn)一步促進(jìn)發(fā)出更長的波長。

主要研究人員Jing-Yang Chung表示：“多年來，該領(lǐng)域的研究人員一直試圖解決InGaN量子阱結(jié)構(gòu)中的固有缺陷帶來的各種挑戰(zhàn)。在新方法中，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)納米坑缺陷，以構(gòu)建InGaN量子點(diǎn)直接生長的平臺。此項(xiàng)工作證明使用硅基底制造新富銦結(jié)構(gòu)的可行性，這不僅解決了目前長波InGaN光源效率低的挑戰(zhàn)，也緩解了基底價(jià)格昂貴的問題。”

通過這種方式，在克服InGaN產(chǎn)生紅、橙、黃光時(shí)效率降低這一問題上，SMART的發(fā)現(xiàn)邁出了重要一步。未來，這項(xiàng)工作可能有助于開發(fā)由單一材料組成的微型LED陣列。研究人員表示，這項(xiàng)研究對環(huán)境也有影響。例如，這一突破有助于加速淘汰白熾燈等非固態(tài)光源，甚至可以淘汰目前的磷涂層藍(lán)色I(xiàn)nGaN LED，采用全固態(tài)混色方案，從而顯著降低全球能源消耗。此外，這項(xiàng)工作還可能對半導(dǎo)體和電子行業(yè)產(chǎn)生更廣泛的影響。這種新方法遵循標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)制造程序，可以廣泛應(yīng)用。

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