來自南京大學(NJU)的研究人員們在發佈於《應用物理快報》(Applied Physics Letters)的研究中指出,提高色彩轉換效率(CCE)的關鍵取決於有效的非輻射諧振能量轉移,而不是在結合藍光InGaN/GaN LED與向下轉換材料(如磷或甚至半導體奈米晶體(NC)等)時經常發生的輻射泵。

非輻射共振能量轉換(NRET)有賴於強大的激子-激子耦合。透過載子流動的模式,研究人員發現NRET能夠免於因中介光源放射與轉換步驟造成的損耗,並以非輻射和諧振的方式將能量轉換並諧振至具有更高量子率的奈米晶體。

研究人員採用金屬有機化學氣相沉積法,在c平面圖案化藍寶石基底上生長InGaN/GaN MQW外延晶圓,製造出具有藍色奈米孔洞(NH)結構的NH-LED,每個LED的有效面積為300×300μm^2。

利用軟UV固化奈米壓印微影技術,在主動層上進行圖案化,實現直徑為300nm、間距約600nm的六邊形奈米孔洞晶格。接著,研究人員將CdSe/ZnS核心/殼奈米晶體溶液的液滴塗佈於該元件上。

20161013 LED NT03P1 LED裸晶(a)與混合InGaN/GaN NH-LED (b)的SEM影像圖,顯示該元件結構具有奈米晶體或無奈米晶體的形態。進一步放大為(c)和 (d)。圖1 (e)顯示裸露的六邊形奈米孔洞晶格,而圖1 (f)則顯示CdSe/ZnS 核心/殼5nm奈米晶體以10nm直徑緊密封裝的SEM圖。

研究人員們在製造具有CdSe/ZnS 核心/殻 NC填充的藍色InGaN/GaN奈米孔洞LED時,他們還觀察並分析到的另一種效果是抑制效率降低——在大量注入電流密度時將在主動區域產生過的載子流動,降低了該元件的整體效率。

透過分析作為控制元件的LED裸晶及其混合NH-LED 中的InGaN / GaN MQW載流子濃度,研究人員發現混合NH-LED 中的載子濃度可透過NRET降低,從而抑制效率下降。此外,研究人員還在混合NH-LED中觀察到奈米晶體放射的量子效率為44%,較無奈米孔洞圖案的混合LED更高2倍。在這種混合結構中,他們注意到NH-MQW層的激子通過NRET通道的機會更大,而NRET衰減率則均勻地較奈米孔洞MQW LED裸晶更快3-4倍。

(參考原文:Hybrid nanohole LED design suppresses efficiency droop,by Julien Happich)