Met zorgen over de overstap naar een wereldwijd platform voor schone energie met elektrische voertuigen en hernieuwbare energiebronnen, verspilde energie is een factor die even belangrijk is als de hoeveelheid geproduceerde groene energie. Dus, solid-state verlichting op basis van light-emitting diodes (LED's) wordt aangeprezen als een oplossing. Echter, LED's hebben moeite om een ​​hoge helderheid te leveren voor de kortere golflengte van de verlichtingsbehoeften. En uitgezonden korte golflengten vergemakkelijken wit licht door bekende fosfor-downconverters.

In Licht:wetenschap en toepassingen , Onderzoekers van de Ohio State University en wetenschappers van de Wright State University en het Naval Research Laboratory beschrijven een veelbelovende nieuwe halfgeleider-LED gemaakt met op GaN gebaseerde materialen die de efficiëntie van stopcontacten zou kunnen verhogen door energieverliezen en zelfverhitting te verminderen.

Als deze nieuwe technologie kan worden ingezet voor een hoge lichtopbrengst, de doorbraak zou de LED-solid-state-verlichting kunnen verbeteren zonder een significante verandering in de bestaande LED-productiefaciliteiten. De nieuwe LED's kunnen meer licht geven met minder spanning en weerstand dan conventionele GaN-LED's, waardoor de totale lumen per watt-output wordt verhoogd en de efficiëntiedaling wordt vermeden die LED's met hoge helderheid teistert.

Een manier waarop het team dit probleem heeft overwonnen, is door alle p-type doping in galliumnitride volledig te verwijderen. die historisch moeilijk te dopen is en leidt tot een hoge serieweerstand. De sleutel tot de ontdekking van het team is het vermogen om "gaten" te creëren voor stralingsrecombinatie met elektronen door kwantummechanische tunneling, in plaats van via p-doping. De tunneling vindt plaats door het Zener-mechanisme, het leveren van de gaten aan de zone van recombinatie, het verminderen van de behoefte aan onhandige p-type ohmse contacten en resistieve p-type halfgeleiderinjectoren.

De onderzoekers deden hun ontdekking terwijl ze resonante tunneling diodes (RTD) in het galliumnitride-systeem voor het Office of Naval Research opvoerden onder programmamanager Dr. Paul Maki. Zoals gemeld in de uitgave van augustus 2016 van: Technische Natuurkunde Brieven , hun inspanningen hebben ook geleid tot een stabiel op GaN gebaseerd RTD-platform voor de opwekking van hoge microgolfenergie en mogelijk terahertz-bronnen.

De fundamentele wetenschap achter deze vooruitgang is het gebruik van de extreem hoge elektrische velden die worden veroorzaakt door de polarisatie-effecten binnen op wurtziet GaN gebaseerde heterostructuren. Dankzij deze hoge velden kan het nieuwe apparaat niet alleen elektronen injecteren over een klassieke RTD-structuur met dubbele barrière in de geleidingsband, maar ook tegelijkertijd om gaten te injecteren door Zener-tunneling over de GaN-bandopening in de valentieband. Dus, de nieuwe LED gebruikt alleen n-type doping, maar omvat bipolaire tunnelladingen om de nieuwe LED-lichtbron te creëren.

Het nastreven van commercialisering, het team werkt aan het balanceren van de geïnjecteerde elektron- en gatverhouding om tot één uitgezonden foton te creëren en daarom te leveren voor elk geïnjecteerd elektron.