Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Схема роста нитрида галлия на стекле, покрытом титановой пленкой
Массив пирамидок нитрида галлия на стекле, покрытом титановой пленкой

Стекло вместо сапфира

Ключевые слова:  СИД

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

09 апреля 2012

Первые светодиоды (СИД) в 1970 были ограничены красным и инфракрасным диапазоном вплоть до 1994 года, когда исследователи разработали первый яркий синий СИД, что можно считать рождением «твердотельного освещения». Благодарить за это достижение следует двух японских ученых - Сюдзи Накамура из Nichia и Исаму Акасаки из Университета Нагоя, которые разработали полупроводник на основе GaN в 1980-х годах.

Хотя исследования материалов на основе GaN началось еще в конце 1960-х годов, низкое качество материала - в частности, неспособность получить допирование р-типа – препятствовало их развитию, пока в 1989 году эта проблема не была преодолена. Как только были получены синие светодиоды, исследователи смогли достичь и белого свечения путем введения желтого фосфора. К концу 1990-х годов световая эффективность белых светодиодов достигла уровня лампы накаливания (~ 15 Лм/Вт), а к 2011 году их производительность превышает 200 лм/Вт для лабораторных образцов и 100 лм/Вт для коммерческих устройств.

Сегодня нитриды элементов III группы для СИД наносятся при высоких температурах на монокристаллические сапфировые подложки, чтобы обеспечить высокое качество кристаллов. Причина тому – особое эпитаксиальное соотношение между нитридами элементов III группы и сапфира, а именно поворот решетки GaN на 30° по отношению к решетке сапфира позволяет добиться идеальной ориентации кристалла вдоль оси [0001]. Тем не менее, плотность дефектов, которые состоят в основном из прорастающих дислокаций, по-прежнему очень высока (> 108 см-2). К счастью, нитриды элементов III группы обладают способностью эффективно излучать свет даже в присутствии большой плотности дефектов - способность, которая приписывается локализации носителей заряда в квантовых колодцах InGaN. Внутренняя квантовая эффективность синего светодиода составляет около 90%, эффективность выхода света также близка к 90%, что означает, что внешняя квантовая эффективность достигает 80%, что в десять раз лучше лампы накаливания.

Учитывая нынешнюю эффективность белых светодиодов, которые в настоящее время превосходит другие популярные источники света с точки зрения и эффективности, и срока службы (которая обычно оценивается примерно в 50 000 часов), может показаться странным, что эти устройства до сих пор не стали широко распространены для домашннго освещения. Это связано с рядом причин, наиболее значимой из которых является высокая стоимость изготовления ($18 за штуку по сравнению с <$1 для ламп накаливания). Значительные усилия исследователей по всему миру в настоящее время направлены на сокращение издержек производства при сохранении яркости и эффективности. Казалось бы, простой способ понижения стоимости люмена света - это работа СИД под гораздо более высоким током. К сожалению, это приводит к тому, что светоотдача резко падает.

Еще один способ снижения затрат – это использование альтернативного материала подложки вместо сапфира. Изготовление белых светодиодов на таких подложках как кремний привлекает все больший интерес. А недавно Хи Чой и сотрудниками сообщили и о реализации светодиодов на основе GaN с достаточно большой светоотдачей на еще более дешевой, чем кремний, подложке: на стекле!

Чой и соавт. успешно вырастили кристаллический GaN на аморфной подложке. Ключевым моментом их работы является развитие предпочтительной кристаллографической оси роста GaN для избежания образования поликристаллического материала с границами зерен, которые могут препятствовать работе устройства. Этого удалось достичь путем введения тонкого слоя титана между GaN и стеклом. Исследователи выбрали титан из-за его гексагональной структуры и относительно низкого рассогласования решетки с GaN. Титан обладает собственной термодинамической ориентацией при нанесении на стекло: ось с каждого зерна ориентирована параллельно направлению роста. Это приводит к правильной ориентации слоев кристалла GaN, но не дает контроля в плоскости подложки, что приводит к образованию зерен. Чтобы избавиться от зернистой структуры, Чой и соавт. отошел от идеи непрерывно растущих двумерных слоев GaN, сосредоточившись на создании массива трехмерных структур, таких как пирамиды или волокна, которые могут быть выращены без структурных дефектов. Высокотемпературный рост GaN на поверхности привел к созданию бездефектных пирамид микрометрового масштаба.

Исследователи осадили InGaN/GaN поверх массива пирамид для формирования активной области, затем наносили тонкий слой легированного GaN р-типа, затем слой ITO в качестве верхнего электрода. Большинство микро-светодиодов обладали электролюминесценцией, цвет и интенсивность которой, однако, варьировались вдоль подложки. Качество структуры отдельных микро-светодиодов привело к высокой внутренней квантовой эффективности (52%). Тем не менее, в среднем на пластине внешняя квантовая эффективность была довольно низкой (<1%).


Источник: Nature Photonics



Комментарии
Концентрация поверхностных "нанокластеров" (пирамидок) не более 1е12 см-2. Концентрация излучающих центров при межзонной рекомбинации существенно больше.
Это основная причина ограничения фото и светоизлучающих приборов на квантовых образованиях, больших чем просто атом.
Вы можете генерировать нужные фотоны с высоким КПД, но концентрация света всё равно будет мала...

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

День Святого Патрика (5)
День Святого Патрика (5)

XVI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов"
С 1 по 4 октября 2019 года в г. Москве в Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук состоится ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов".

Студенты кафедры РЛ-2 МГТУ им. Баумана в гостях у НТ-МДТ Спектрум Инструментс
Видеоотчет об экскурсии студентов МГТУ им. Баумана в НТ-МДТ Спектрум Инструментс

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Новые наноматериалы для восстановления костей. Непростые отношения графена и воды. Борнитридные наноленты с реконструированными краями. Термоэлектричество и азафуллерены. Борщ и блины как материалы в экстремальных условиях.

Новые гибридные перовскитоподобные материалы для солнечной энергетики
Тарасов Алексей Борисович, Постнаука
Как сохранить энергию солнца или ветра? Как может измениться стационарная энергетика в будущем? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) Постнаука рассказывает о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Материалы к защитам квалификационных работ бакалавров на ФНМ МГУ в 2019 году
Коллектив авторов
4-7 июня 2019 г. (11-00) в аудитории 221 корпуса Б пройдут защиты ВКР бакалавров ФНМ МГУ.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.