不同彩色LED的不同性能背后的科学

新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)的低能耗电子系统(LEES)跨学科研究小组(IRG)的研究人员，麻省理工学院在新加坡的研究企业，麻省理工学院(MIT)和新加坡国立大学( NUS)已经找到一种方法来量化不同铟浓度下氮化铟镓(InGaN)量子阱(QWs)中成分波动的分布。

InGaN发光二极管(LED)由于其高效率和耐用性以及低成本而彻底改变了固态照明领域。可以通过改变InGaN化合物中的铟浓度来改变LED发射的颜色，从而使InGaN LED能够覆盖整个可见光谱。与镓相比铟含量相对较低的InGaN LED，例如蓝，绿和青色LED，在通信，工业和汽车应用中已经获得了巨大的商业成功。但是，随着铟含量的增加，具有较高铟浓度的LED(例如红色和琥珀色LED)的效率会下降。

目前，由于InGaN在红色和琥珀色光谱中由于效率下降而导致的性能不佳，因此使用磷化铝铟镓(AlInGaP)材料代替InGaN来制造红色和琥珀色LED。了解并克服效率下降是开发覆盖整个可见光谱的InGaN LED的第一步，这将大大降低生产成本。

在最近发表在著名的《物理评论材料》(Physical Review Materials)上的一篇题为《释放InGaN发光二极管中的成分波动的起因》的论文中，研究小组采用了一种多方面的方法来了解成分起伏的起因及其对InGaN效率的潜在影响。发光二极管。准确确定成分波动对于了解其在降低铟成分较高的InGaN LED中的效率中的作用至关重要。

该论文的合著者，国立大学材料科学与工程学系Silvija Gradecak教授和SMART首席研究员说：“迄今为止，铟浓度更高的InGaN LED所经历的效率下降的起源尚不清楚。” LEES。“了解效率下降的重要性，以创建能够克服它的解决方案。为此，我们设计了一种方法，该方法能够检测和研究InGaN QW中的成分波动，以确定其在氮化镓量子阱中的作用。效率下降。”

研究人员开发了一种通过协同研究将InGaN QW中铟成分波动检测出来的多方面方法，该方法结合了互补的计算方法，先进的原子尺度表征和用于图像处理的自主算法。

该论文的主要作者塔拉·米什拉(Tara Mishra)和SMART博士学位。研究员说：“在我们的研究中开发和使用的这种方法具有普遍适用性，并且可以适用于需要研究成分波动的其他材料科学研究。”

该论文的共同作者兼首席研究员Pieremanuele Canepa博士说：“我们开发的方法可以被广泛应用，并为其他材料科学研究提供重要的价值和影响，在这些研究中，原子组成波动对材料性能起着重要作用。”在SMART LEES任职，同时还是国大材料科学与工程系以及化学与生物分子工程系的助理教授。“了解不同铟浓度下InGaN的原子分布是使用InGaN LED平台开发下一代全彩显示器的关键。”

研究发现，铟原子随机分布在铟含量相对较低的InGaN中。另一方面，在较高铟含量的InGaN中观察到部分相分离，其中随机的成分波动与富铟区域的凹坑同时发生。

这些发现促进了人们对InGaN原子微观结构及其对LED性能的潜在影响的理解，为未来研究确定成分波动在新一代InGaN LED中的作用以及防止LED退化的设计策略铺平了道路。这些设备。

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