ACS Photon ｜ 基于V型半导体缺陷的InGaN量子点实现长波辐射和增强

氮化镓（InGaN）LED能够发出大量的绿光、蓝光和紫外光，但辐射黄光、橙光和红光等长波长光的效率却很低。因此，在一些需要可见光全光谱的设备中，InGaN二极管还未能完全替代荧光粉材料。近日，新加坡和美国的研究人员研究了一种利用InGaN材料的内在缺陷产生长波长光的新方法。他们在这些缺陷上生长了富铟量子点，并测量了量子点辐射的红光。该研究目前已发表于ACS Photon., doi: 10.1021/acsphotonics.1c01009。这种新方法可能被用来制备可兼容CMOS的LED，该LED可以发出全光谱的可见光，而不需要荧光粉，因此不会产生多余热量，也不会缩短二极管的寿命。

利用LED材料的内在缺陷制造富铟量子点的新方法

研究团队来自新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟，他们提出目前制备全光谱InGaN二极管的一般使用带有图案的基板，这增加了制造的复杂性和成本。然而，这种半导体材料的晶体结构具有自然位错，这使得当InGaN通过化学气相沉积法在硅衬底上生长时（两者之间有一个氮化镓铝的缓冲层），缺陷凝聚成纳米级的V形坑。在显微镜下能够看到随机分布的峰和谷。在相邻的谷中间的山峰上，富铟量子点能够自发形成，而这些量子点能够有效辐射红光。

研究人员表示，他们意识到V型坑的纹理表面与一些预制的图案基板结构相似，因此就利用了这个事实。在实验中，他们还观察到了额外晶体缺陷能够进一步增强发光，这是一个意外的发现。

由于富铟量子点的尺寸大约为10纳米，，研究人员必须进行高空间分辨率的测量从而研究其结构和光学特性。研究人员使用电子显微镜进行表征，并进行了相关的光学和元素光谱图的测量。

研究人员表示，将量子点的发射颜色推到更长的波段是非常有意义的，因为这表明能够进一步增加量子点内的铟浓度。如果将此结构辐射的不同波段的光收集，则该缺陷就能够实现白光发射。另外，由于基于此结构的LED的制造技术与传统的LED制造相似，经过优化和测试后，该结构可以实现产品化。