Прогресс в изготовлении белых светодиодов

«Монолитные» белые светодиоды (WLED) могут оказаться лучше, чем ранее изготовляемые устройства на основе гибридных технологий. По крайней мере, такого мнения придерживается Бенджамин Дамилано (Benjamin Damilano) и коллеги из CRHEA-CNRS в Валбонне София-Антиполис, Франция, которые сконструировали WLED, используя синие и желтые светодиоды, сделанные из квантовых колодцев на базе галлия, нитрида индия/нитрида галлия. Таким образом сделан очередной шаг к получению коммерческих продуктов, которые смогут заменить традиционные лампы накаливания.

Ученые работают на WLED уже почти 10 лет. В идеале они стремятся создать высокоэффективный дешевый твердотельный белый светодиод с большим сроком службы, который мог бы конкурировать с прожорливыми лампами накаливания и газоразрядными светильниками, используемыми сегодня. Хотя WLED с высоким световым выходом, достигающим 200 лм/Вт, уже сделаны, они остаются все еще очень дорогими по сравнению с обычными электролампочками.

Недавно многие исследовательские группы продемонстрировали, что WLED могут быть сделаны посредством сборки в стек излучающих синий и желтый свет квантовых колодцев (GaIn)N/GaN внутри p-n перехода в GaN. Монолитность в данном контексте означает, что светодиод изготавливается в едином процессе эпитаксиального роста вместо более распространенного двухстадийного процесса, используемого при изготовлении обычных WLED на основе люминофора. Это позволяет не только снизить стоимость, но и повысить надежность.

Команда из CRHEA-CNRS для получения синего и желтого излучения изготовила свои устройства с помощью комбинации квантовых колодцев разной толщины в электрически активной зоне. Смешение синего и желтого света дает в результате белый свет. Квантовые колодцы располагались в середине p-n перехода в устройстве, и белый свет излучался, когда ток инжектировался в устройство.

Однако в такой конструкции есть некоторая трудность: излучаемый свет весьма чувствителен к инжектируемому току, и эффективность устройства ограничивается квантовыми колодцами, излучающими желтый свет.

Команда уже показала, что она может решить эту проблему, используя структуру, в которой квантовые колодцы расположены вне p-n перехода. Это значит, что колодцы не нуждаются больше в электрической инжекции, а могут быть накачаны оптически фотонами синего света.

Ученые вырастили структуры с помощью молекулярной лучевой эпитаксии на сапфировом субстрате. Они отбирали люминесцентное излучение через оптоволокно, подсоединенное к спектрометру. Ток инжекции приводил к рекомбинации носителей заряда (электронов и дырок) в электрически активной зоне, что приводило к излучению фотонов синего света. Как и ранее изготовленном устройстве, смешение синего и желтого света давало белый.