Lichtgevende diodes gemaakt van indium-galliumnitride bieden een betere luminescentie-efficiëntie dan veel van de andere materialen die worden gebruikt om blauwe en groene LED's te maken. Maar een grote uitdaging bij het werken met InGaN zijn de bekende dislocatiedichtheidsdefecten die het moeilijk maken om de emissie-eigenschappen ervan te begrijpen.

In de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , onderzoekers in China rapporteren een InGaN LED-structuur met een hoge luminescentie-efficiëntie en wat wordt beschouwd als de eerste directe waarneming van overgangsdragers tussen verschillende lokalisatietoestanden binnen InGaN. De lokalisatietoestanden werden bevestigd door temperatuurafhankelijke fotoluminescentie en excitatievermogenafhankelijke fotoluminescentie.

De theorie van lokalisatietoestanden wordt vaak gebruikt om de hoge luminescentie-efficiëntie te verklaren die wordt verkregen via het grote aantal dislocaties in InGaN-materialen. Lokalisatietoestanden zijn de energieminimatoestanden waarvan wordt aangenomen dat ze bestaan ​​binnen het InGaN-kwantumbrongebied (discrete energiewaarden), maar een directe observatie van lokalisatietoestanden was tot nu toe ongrijpbaar.

"Voornamelijk gebaseerd op fluctuaties in het indiumgehalte, we hebben de 'energieminima' onderzocht die binnen het InGaN-kwantumbrongebied blijven, " zei Yangfeng Li, hoofdauteur van het artikel en nu postdoctoraal onderzoeker aan de Hong Kong University of Science and Technology. "Zulke energieminima vangen de ladingsdragers - elektronen en gaten - op en voorkomen dat ze worden gevangen door defecten (dislocaties). Dit betekent dat de emissie-efficiëntie minder wordt beïnvloed door het grote aantal defecten."

De directe observatie van lokalisatietoestanden door de groep is een belangrijke ontdekking voor de toekomst van leds, omdat het hun bestaan ​​bevestigt, wat al lang een open wetenschappelijke vraag was.

"Segregatie van indium kan een van de redenen zijn die lokalisatietoestanden veroorzaken, " zei Li. "Vanwege het bestaan ​​van lokalisatiestaten, de ladingsdragers zullen voornamelijk worden opgevangen in de lokalisatietoestanden in plaats van door niet-stralingsrecombinatiedefecten. Dit verbetert de hoge luminescentie-efficiëntie van lichtgevende apparaten."

Op basis van de elektroluminescentiespectra van de groep, "het InGaN-monster met sterkere lokalisatietoestanden biedt meer dan een tweevoudige verbetering van de lichtopbrengst bij dezelfde stroominjectieomstandigheden als monsters met zwakkere lokalisatietoestanden, ' zei Li.

Het werk van de onderzoekers kan dienen als referentie over de emissie-eigenschappen van InGaN-materialen voor gebruik bij de productie van LED's en laserdiodes.

Ze zijn van plan om galliumnitride-gerelateerde materialen en apparaten te blijven onderzoeken "niet alleen om een ​​beter begrip te krijgen van hun lokalisaties, maar ook van de eigenschappen van InGaN-kwantumstippen, dat zijn halfgeleiderdeeltjes met mogelijke toepassingen in zonnecellen en elektronica, " zei Li. "We hopen dat andere onderzoekers ook diepgaande theoretische studies van lokalisatiestaten zullen uitvoeren."