利用半导体缺陷发出波长较长的红光

铟镓氮（InGaN）发光二极管能高效发射绿光、蓝光和紫外线，但在发出黄光、橙光和红光时效率非常低。因此，在要求用到全光谱可见光的器件中，必须在InGaN二极管前加一层荧光粉。

新加坡和美国的研究人员近日发现了一种新方法，能够利用InGaN材料的固有缺陷发出较长波长的光（文章见：ACS Photonics, doi:10.1021/acsphotonics.1c01009)。该团队在这些缺陷上制备了富含铟的量子点，并观测到了这些微量子点所发射出的红光。这种新方法使得兼容CMOS的LED成为可能，这类LED能够在不借助荧光粉的情况下发出全光谱的可见光，免除了因荧光粉产生多余的热量、缩短二极管的寿命的缺陷。

图1 一种利用LED材料固有缺陷制备富铟量子点的新方法

突起和V形坑

研究团队来自新加坡-麻省理工学院科研中心（Singapore-MIT Alliance for Research and Technology, SMART），这是一所美国麻省理工学院与两所新加坡大学合作共建的机构。该团队指出，之前的全光谱InGaN二极管的制造中，需要用到刻有图案的基板，额外增加了制造复杂性，提高了成本。

然而，半导体材料的晶体结构中，存在自然的位错缺陷。当使用化学气相沉积法在硅基地上生长InGaN时，这些缺陷合并成纳米级V形坑——即随机分布的突起和凹陷形状，在显微镜观察就像海绵表面突起和凹陷之间的交叉处。两个V形坑之间的突起上，自发形成了富铟量子点，这些量子点能够有效辐射红光。

偶然的发现

本文主要作者Jing-Yang Chung、主要研究人员Silvija Grade?ek均来自新加坡-麻省理工学院科研中心和新加坡国立大学。他们指出，研究人员们认识到，具有V形坑的纹理表面类似于此前证实的经过设计图案的制备量子点的效果。“然而，能进一步提高发光效率的晶体缺陷，其实是偶然观测发现的。”他们在此项工作的新闻稿中说道。

富铟量子点大小约为10纳米，为了研究分析其结构和光学性质，研究人员必须进行高空间分辨率的测量。Chung和Grade?ek说，他们及其同事制备了电子显微镜下观测的样品，小心操作，确保样品尽可能的不受非晶化和其他污染。他们在麻省理工学院和新加坡国立大学进行了相关光学和元素光谱测量。

Chung和Grade?ek表示：“目前我们正在进一步增长量子点发光颜色的波长，主要涉及提高量子点中的铟浓度。”他们说，若能将这一结构不同部分发出的不同颜色的光组合在一起，将能够“仅用使用这一个器件辐射白光”。

Chung和Grade?ek说：“我们所发明的这一结构的LED制造过程与传统LED制造类似，因此，一旦完成对这一结构的优化和测试，很快就可以投产、将其整合到已有的产品中。”