Ученые Сколковского института науки и технологий (Сколтех) вместе с коллегами из Саутгемптонского университета (University of Southampton, Англия), корпорации Luxtaltek (Luxtaltek Corporation,Тайвань) и Национального университета Цзяотун (National Chiao Tung University, Тайвань) спроектировали новую белую светодиодную структуру с рекордными показателями эффективности. Статья об открытии опубликована в журнале Optica, популярно о ней рассказывает ТАСС.

Чтобы получить белый светодиод, используют полупроводник на основе нитрата галлия GaN, который при пропускании электрического тока излучает свет в синем и ультрафиолетовом диапазоне. Фотоны этого излучения поглощаются люминофорами - веществами, которые преобразуют часть излучения светодиода в свет уже в относительно широкой спектральной полосе с максимумом в области жёлтого. При смешивании излучение светодиода и люминофора дает белый свет различных оттенков.

В 2012 году группа ученых Массачусетского Технологического института (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge) предложила использовать в качестве люминофора квантовые точки — часть полупроводника, носители заряда которого ограничены во всех трех измерениях. Выгода использования квантовых точек заключается в возможности ими управлять. Чем меньше размер кристалла-полупроводника, тем больше расстояние между энергетическими уровнями. При переходе электрона на энергетический уровень ниже испускается фотон. Поскольку можно регулировать размер квантовой точки, то оказывается возможным изменять энергию испускаемого фотона, а, следовательно изменять цвет испускаемого квантовой точкой света.

В первых прототипах белых светодиодов люминофор наносился отдельным слоем поверх синего светодиода нитрата галлия (GaN). Большая часть излучения нитрата галлия отражалась от границы раздела слоев, не доходила до квантовых точек, и устройство показывало низкую эффективность.

В новом исследовании авторы предложили использовать другую гибридную структуру. В ней квантовые точки оказались расположены внутри синего светодиода с определенной периодичностью. Это значительно улучшило эффективный квантовый выход (отношение числа излученных фотонов к числу поглощенных): эффективный квантовый выход нового устройства составил 110 %.



"Созданные нами структуры будет легче интегрировать в светодиодные дисплеи, чем их современные аналоги, что позволит снизить общую стоимость устройства. Кроме того, новый подход позволяет хорошо контролировать направления светового излучения диода и более энергоэффективен. Все вместе это делает нашу разработку очень привлекательной для индустрии освещения", - цитируются в сообщении слова Мэла Броссара, одного из авторов исследования, сотрудника Исследовательского центра по фотонике и квантовым материалам Сколтеха.

Как полагают авторы исследования, эта технология сможет положить начало изготовлению ультратонких и дешевых светодиодов.