«Эта работа является очень революционной, поскольку она открывает путь к новым излучателям с зеленой длиной волны, которые могут быть нацелены на продвинутое твердотельное освещение на масштабируемой кремниевой CMOS-платформе за счет использования нового материала, кубического нитрида галлия», — сказал Кан Байрам, доцент кафедры электротехника и компьютерная инженерия в Иллинойсе, которые впервые начали исследовать этот материал, работая в IBM TJ Исследовательский центр Уотсона несколько лет назад.«Объединение твердотельного освещения с зондированием (например, обнаружение) и сетью (например, коммуникация), чтобы обеспечить интеллектуальное (т. Е. Отзывчивое и адаптивное) видимое освещение, еще больше готово произвести революцию в том, как мы используем свет. А CMOS-совместимые светодиоды могут облегчить быстрое , эффективные, малопотребляющие и многофункциональные технологические решения с меньшими габаритами и по еще более доступной цене устройств для этих приложений ».
Обычно GaN образует одну из двух кристаллических структур: гексагональную или кубическую. Гексагональный GaN термодинамически стабилен и является гораздо более традиционной формой полупроводника. Однако гексагональный GaN склонен к явлению, известному как поляризация, когда внутреннее электрическое поле разделяет отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные дырки, предотвращая их объединение, что, в свою очередь, снижает эффективность вывода света.
До сих пор единственный способ, которым исследователи могли получить кубический GaN, заключался в использовании молекулярно-лучевой эпитаксии, очень дорогого и медленного метода выращивания кристаллов по сравнению с широко используемым методом химического осаждения из газовой фазы (MOCVD), который использовал Байрам.Байрам и его аспирант Ричард Лю создали кубический GaN с помощью литографии и изотропного травления, чтобы создать U-образную канавку на Si (100).
Этот непроводящий слой по существу служил границей, которая придает шестиугольному материалу кубическую форму.«Наш кубический GaN не имеет внутреннего электрического поля, которое разделяет носители заряда — дырки и электроны», — пояснил Лю. «Таким образом, они могут перекрываться, и когда это происходит, электроны и дырки объединяются быстрее, чтобы производить свет».
В конечном счете, Байрам и Лю полагают, что их метод кубического GaN может привести к созданию светодиодов, свободных от явления "спада", которое преследовало светодиодную промышленность в течение многих лет. Для зеленых, синих или ультрафиолетовых светодиодов их эффективность излучения света снижается по мере того, как подается больший ток, что характеризуется как «спад».«Наша работа предполагает, что поляризация играет важную роль в спаде, отталкивая электроны и дырки друг от друга, особенно при низкой плотности тока инжекции», — сказал Лю, который был первым автором статьи, «Максимизация кубической фазы галлия.
Нитридное покрытие поверхности кремния с наноразмерным рисунком (100) », в публикации Applied Physics Letters.Наличие более эффективных зеленых светодиодов откроет новые возможности для светодиодов в твердотельном освещении. Например, эти светодиоды обеспечивают экономию энергии за счет генерации белого света за счет смешения цветов.
Другие передовые приложения включают сверхпараллельное подключение светодиодов с помощью зеленых светодиодов без люминофора, подводную связь и биотехнологии, такие как оптогенетика и лечение мигрени.Усовершенствованные зеленые светодиоды — не единственное применение кубического GaN компании Bayram, который когда-нибудь сможет заменить кремний для изготовления силовых электронных устройств, используемых в адаптерах питания ноутбуков и электронных подстанциях, и он может заменить ртутные лампы для производства ультрафиолетовых светодиодов, дезинфицирующих воду.