افزایش بازده تابش در LEDها از طریق حالات جایگزیدگی

افزایش بازده تابش در LEDها از طریق حالات جایگزیدگی

دیود‌های منتشرکننده‌ی نور ساخته‌شده از ایندیم ‌گالیم‌ نیترید (InGaN) بازده تابشی بهتری را نسبت به مواد دیگری که برای ساخت LEDهای آبی و سبز  استفاده می‌شوند، نشان می‌دهند. اما یک چالش بزرگ برای استفاده از InGaN وجود دارد و آن نقص‌های تراکم جابه‌جاشدن (dislocation density) است که شناخت و درک ویژگی‌های تابشی آن را مشکل می‌کنند. محققان یک ساختار ال‌ای‌دی InGaN با بازدهی تابش بالا را گزارش کرده‌اند.

محققان چینی در مجله‌ی Journal of Applied Physics یک ساختار ال‌ای‌دی InGaN با بازده تابش بالا گزارش کردند که اولین مشاهده‌ی مستقیم گذار حامل‌ها بین حالات جایگزیدگی در InGaN است. حالات جایگزیدگی قبلا بوسیله‌ی تابش فوتونی وابسته به دما و همچنین تابش فوتونی وابسته به انرژی برانگیختگی تایید شده بودند.

نظریه‌ی حالات جایگزیدگی (Localization states theory) معمولا برای توضیح بازده بالای تابش که از طریق تعداد زیادی از جابه‌جایی‌ها در مواد InGaN بدست می‌آید، استفاده می‌شود. حالات جایگزیدگی، حالت‌های با انرژی حداقل هستند که در چاه کوانتومی InGaN (مقادیر گسسته‌ی انرژی) وجود دارند، اما مشاهده‌ی مستقیم آن‌ها تاکنون محقق نشده بود. محققان می‌گویند:

ما در درجه‌ی اول بر اساس افت و خیزهای محتوای ایندیم، حداقل‌های انرژی را که در ناحیه‌ی چاه کوانتومی InGaN باقی می‌مانند، بررسی کردیم. این حداقل‌های انرژی، حامل‌های بار (الکترون و حفره‌ها) را به دام انداخته و مانع از به دام افتادن آن‌ها توسط نقص‌ها (جابه‌جایی‌ها) می‌شوند. این بدان معنی است که بازده تابش، کمتر تحت تاثیر تعداد زیاد نقص‌ها قرار می‌گیرد. ممکن است علت به وجود آمدن حالات جایگزیدگی، تفکیک ایندیم باشد. حامل‌های بار به علت وجود حالات جایگزیدگی، به جای به دام افتادن در نقص‌های غیرتابشی، در حالات جایگزیدگی به دام خواهند افتاد. این پدیده باعث بهبود بازده تابش دستگاه‌های تابشگر نور می‌شود. نمونه‌ی InGaN با حالات جایگزیدگی قوی‌تر، در شرایط یکسان، حدود دو برابر، نور خروجی بیشتری را نسبت به حالات جایگزیدگی ضعیف‌تر می‌دهد.

این پژوهش می‌تواند به عنوان مرجع ویژگی‌های تابشی مواد InGaN برای تولید LEDها و دیودهای لیزری درنظر گرفته شود. محققان برای ادامه‌ی بررسی مواد مربوط به گالیم نیترید و دستگاه‌های مبتنی بر این مواد برنامه‌ریزی می‌کنند، تا نه تنها درک بهتری از جایگزیدگی آن‌ها بدست آورند، بلکه ویژگی‌های نقاط کوانتومی InGaN را بهتر بفهمند. این نقاط کوانتومی، ذرات نیمه‌رسانایی هستند که ظرفیت کاربردی بسیاری در سلول‌های خورشیدی و صنایع الکترونیک دارند.
 


مشاهده مقاله اصلی در مجله
منبع: sciencedaily
كلمات كليدي :
حالات جایگزیدگی , افزایش بازده تابشی
 
امتیاز دهی