Zeer efficiënte elektronische en optische apparaten zijn essentieel voor het verminderen van het energieverbruik en voor het realiseren van een milieuvriendelijke samenleving.

ZnO is een aantrekkelijk materiaal onder halfgeleiders met directe bandgap. Ze hebben lichtemitterende eigenschappen en zijn taai om een ​​groot elektrisch veld in stand te houden, waardoor ze elektronische apparaten van stroom kunnen voorzien vanwege hun grote bandgap-energie en grote excitonbindingsenergie. Dit maakt ze ook geschikt in stralingsbestendige dunnefilmtransistoren en heterostructurele veldeffecttransistoren.

In hoogwaardige ZnO-kristallen, niet-stralingsrecombinatiecentra (NRC's) zijn belangrijk voor de emissie van de near-band-edge (NBE). Deze centra fungeren als ongewenste energiedissipatiekanalen en verminderen de IQE van de NBE-emissie.

Om te begrijpen of het lichtemitterende proces of het niet-lichtgevende proces belangrijker was bij het bepalen van het gedrag van IQE, Kojima en zijn collega's maten de IQE-waarden van ZnO-kristal gegroeid door de hydrothermische methode. Om dit te doen, ze gebruikten een techniek die is ontwikkeld door Kojima en collega-onderzoekers, bekend als omnidirectionele fotoluminescentie (ODP) spectroscopie - een niet-destructieve methode voor het onderzoeken van halfgeleidende kristallen met licht om defecten en onzuiverheden te detecteren.

De IQE-kenmerken in ZnO-kristallen werden onderzocht onder fotopompomstandigheden. IQE-waarden duidden op een constant gedrag voor zwakke fotopompomstandigheden en een monotone toename voor sterke excitatie. Omdat een significante afname werd waargenomen voor het niet-lichtgevende proces met fotopompen, de oorsprong van de IQE-stijging bleek te worden gedomineerd door de vertraging van het niet-lichtgevende proces als gevolg van de verzadiging van NRC's.

"Door een kwantitatieve uitsplitsing van IQE van beide processen te verkrijgen, kunnen we halfgeleiders beter ontwerpen om IQE te verbeteren, " zei professor Kazunobu Kojima, hoofdauteur van de studie.