Прямое выращивание желтого светодиода на основе нитрида III-нанопровода на аморфном кварце с использованием тонкой прослойки Ti

Фон

Использование светодиодов в технологиях отображения информации стало широко распространенным за последнее десятилетие. Эти источники света более энергоэффективны по сравнению с люминесцентными лампами с холодным катодом (CCFL) и больше подходят для портативной бытовой электроники. Обычные светодиоды основаны на синих светодиодах на основе GaN, выращенных на сапфировых подложках. По мере роста спроса на светодиодную продукцию тенденция смещается в сторону использования сапфировой подложки большего диаметра для увеличения производительности. Однако изготовление крупногабаритной сапфировой подложки затруднительно из-за трудностей с точным сверлением сапфира c-плоскостью из булей Киропулоса при сохранении точной ориентации кристалла и его плоскостности при увеличении диаметра [1, 2]. Помимо производственных проблем, обычные планарные светодиоды на основе GaN ограничены наличием зеленой зоны, то есть спектральной области, в которой квантовая эффективность светодиода уменьшается для длин волн, превышающих длину зеленой волны (520 нм).

Было предпринято несколько попыток выращивания материалов из III-нитрида на стеклянных подложках. Ранее эпитаксиальный рост GaN на стекле с использованием газовой молекулярно-лучевой эпитаксии (МБЭ) [3] и распыления [4, 5] приводил к получению поликристаллического материала низкого качества, что влияло на производительность устройства. В качестве альтернативы, Samsung продемонстрировала возможность выращивания почти монокристаллических пирамид GaN на стекле с помощью микромаскирования и последующего выращивания методом селективного металлоорганического химического осаждения из паровой фазы (MOCVD) [6, 7]. Однако чрезмерное испарение индия в MOCVD препятствует эффективному внедрению индия для достижения эмиттеров в зеленой зоне. Shon et al. продемонстрировали возможность улучшения качества напыленной тонкой пленки InGaN на аморфном стекле с использованием графена в качестве предварительно ориентирующего буферного слоя, эффективно подавляющего фотолюминесценцию, связанную с дефектами [8]. Тем не менее, эти методы требуют сложных этапов обработки, которые препятствуют интеграции в крупномасштабные производственные процессы.

Одним из возможных способов прямого включения излучателя света из III-нитрида в стеклянную подложку является использование спонтанно выращенных нанопроволок III-нитрида с использованием МПЭ. Оптимизируя условия роста, можно добиться самопроизвольного роста нанопроволок III-нитрида без необходимости использования какой-либо шаблонной маски роста или катализатора [9]. Из-за большого отношения поверхности к объему нанопроволоки могут расти без пронизывающих дислокаций [10], имея при этом пониженную деформацию в активной области. Пониженная деформация позволяет изготавливать устройства на основе нанопроволок III-нитрида, работающие как в зеленой зоне, так и за ее пределами [11–16]. Было показано, что нанопроволоки III-нитрида растут на различных подложках, таких как кремний [9, 17, 18], металл [19–21] и кремнезем [22–25], что позволяет использовать широкий спектр подложек. . В настоящее время из-за изолирующей природы подложки на основе стекла сложно изготовить электрически инжектированное устройство поверх диоксида кремния, одновременно поддерживая как проводимость, так и прозрачность.

В этой работе мы взяли на себя эту задачу и успешно продемонстрировали рост и изготовление светодиода на основе нанопроволоки InGaN / GaN, выращенного на подложке из аморфного кварца. Мы достигли одновременной прозрачности и проводимости за счет использования полупрозрачной прослойки TiN / Ti в качестве проводящего слоя и места роста нанопроволок. Поскольку нанопроволоки растут самопроизвольно без обязательного глобального эпитаксиального взаимодействия с подложкой, перед ростом материала не требуется сложных или дорогостоящих этапов обработки. Светодиод с нанопроволокой на кварце излучает желтый свет с широкой шириной линии с центром в ~ 590 нм, цвет, которого сложно достичь с помощью традиционных нитридных технологий с планарными квантовыми ямами, что еще больше подчеркивает важность нашей текущей работы.

Для практической демонстрации мы также выполнили эксперимент по настройке коррелированной цветовой температуры (CCT) на основе смешанных спонтанных и стимулированных источников света. Использование прозрачного аморфного кварца позволяет прямую передачу света от лазерного диода для генерации белого света. Выращивание нанопроволок на кварце открывает новые возможности и возможности для реализации интегрированных излучателей света, работающих в зеленой зоне, при этом пользуясь масштабируемостью технологии аморфного кварца. Несмотря на то, что технология является младенческой по сравнению с планарными светодиодами из нитрида III группы, уникальные свойства азотированного титана для роста нанопроволоки имеют первостепенное значение для обеспечения бесшовной интеграции излучателя света на прозрачную подложку.

Методы

Материальный рост

Образцы нанопроволок на кварце выращивали без катализатора в условиях, богатых азотом, с использованием системы Veeco GEN 930 PA-MBE. Промышленная подложка из аморфного кварца с двойной полировкой (толщина ~ 500 μ m) сначала промывают ацетоном и изопропиловым спиртом, затем сушат феном. Перед выращиванием с помощью электронно-лучевого испарения был нанесен слой Ti толщиной 20 нм, который служил полупрозрачной проводящей прослойкой. После осаждения Ti выполняется еще один цикл очистки растворителем с использованием ацетона и изопропилового спирта. Два цикла дегазации были выполнены для удаления влаги и загрязнений с поверхности субстрата. После загрузки в камеру для выращивания поверхность подложки подвергается воздействию азотной плазмы для частичного преобразования Ti в TiN перед открытием заслонки из Ga. Азот поддерживали при скорости потока 1 куб. См / см и ВЧ-мощности 350 Вт во время азотирования и в течение всего процесса роста. Для роста основы нанопроволоки GaN:Si n-типа эквивалентное давление пучка Ga (ВОП) составляло 6.5 × 10 ⁻⁸ Торр, в то время как температура Si-ячейки поддерживалась на уровне 1165 ° C. Мы использовали двухступенчатый метод выращивания для получения высококачественного GaN, контролируя плотность нанопроволок. Слой зародышеобразования нанопроволок GaN осаждали при температуре подложки 620 ° C в течение 10 мин с последующим выращиванием нанопроволок GaN при повышенной температуре (770 ° C). После роста n-GaN осаждалась активная область, состоящая из пяти пар квантовых дисков InGaN и квантовых барьеров GaN. В ВОП было 5 × 10 ⁻⁸ Торр, Ga - 3 × 10 ⁻⁸ . Торр для роста квантового диска. Секция GaN:Mg p-типа была выращена после окончательного квантового барьера GaN. Во время роста p-GaN ячейку Mg хранили при 310 ° C.

Оптические и структурные характеристики

Характеристики фотолюминесценции (ФЛ) нанопроволок, выращенных на кварце, измерялись с использованием зависимого от температуры μ -PL измерения с использованием HeCd-лазера 325 нм в качестве источника возбуждения и линзы объектива × 15 УФ. Выходная мощность лазера составляет ~ 3,74 мВт. Размер пятна луча ~ 1,24 μ м, что дает соответствующую плотность мощности возбуждения ~ 310 кВт / см ² . Образец охлаждали до температуры жидкого азота с помощью ячейки криостата (Linkam, THMS 6000). Затем температуру регулируют от 77 до 300 К. Прозрачность образца измеряли с помощью спектрофотометра Shimadzu UV-3600 UV-vis-NIR. Калибровка проводилась с использованием воздуха в качестве эталона. СЭМ-изображения были получены с использованием квантов FEI 600. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (HRTEM) и характеристики STEM кольцевого темного поля с высоким разрешением (HAADF-STEM) были выполнены с использованием просвечивающего электронного микроскопа Titan 80-300 ST (FEI). Компания) работали при ускоряющем напряжении 300 кВ. Карта элементного состава была получена методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) от компании EDAX.

Изготовление и характеристика устройства

Изготовление устройства выглядит следующим образом. Сначала образец выращенной нанопроволоки очищается стандартным растворителем с использованием ацетона и изопропилового спирта с последующей сушкой продувкой азотом. Далее ~ 2 μ м парилена С осаждается путем термического испарения. Процесс обратного травления с использованием реактивного ионного травления кислородной плазмой (RIE) выполняется для обнажения концов нанопроволоки p-типа. Затем наносится 5 нм Ni с использованием электронно-лучевого испарения, а затем 230 нм оксида индия и олова (ITO), наносимого с использованием высокочастотного магнетронного распыления в качестве прозрачного слоя, распространяющего ток. Отжиг проводят при 500 ° C в атмосфере аргона для улучшения электрических характеристик прозрачного токораспределительного слоя Ni / ITO. РИЭ-травление с индуктивно связанной плазмой (ICP) выполняется с использованием ионов Cl и Ar для определения мезы устройства. Наконец, контактная площадка Ni / Au осаждается посредством электронно-лучевого испарения с последующим отрывом. L-I-V характеристика была выполнена с использованием измерителя мощности Keithley 2400. Тепловые измерения и визуализация проводились с использованием коммерческого микро-радиометрического тепловизионного микроскопа Optotherm. Перед фактическим измерением температуры для каждого пикселя изображения составляется таблица двухмерного отображения коэффициента излучения, чтобы учесть различные значения коэффициента излучения поверхности, вызванные различными компонентами материала. Это достигается путем нагрева устройства до 60 ° C с использованием ступени нагрева и построения стола с использованием программного обеспечения для анализа теплового изображения Thermalyze, предоставляемого системой. После того, как таблица построена, ступень нагрева отключается и выполняется измерение в зависимости от тока.

Результаты и обсуждение

Структурная и оптическая характеристика нанопроволок, выращенных на кварце

Структура нанопроволоки состоит из ~ 90 нм n-GaN, пяти пар квантового диска InGaN толщиной ~ 7 нм и барьера толщиной ~ 14 нм и p-GaN ~ 60 нм. На рис. 1а показано изображение нанопроволок высокой плотности, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Нанопроволоки имеют типичный поперечный размер ~ 100 нм и длину ~ 250 нм. Статистически рассчитанная плотность нанопроволок составляет ~ 9 × 10 ⁹ . см ⁻² , с коэффициентом заполнения 78%. Хотя можно наблюдать некоторую степень слияния нескольких нанопроволок, большинство нанопроволок кажутся несвязанными. Условия роста были оптимизированы с использованием двухэтапного метода роста, разделяющего начальное зарождение затравки GaN и рост нанопроволоки [26]. Используя этот метод, мы смогли вырастить высококачественную нанопроволоку с максимальной плотностью нанопроволоки, минимизировав при этом слияние нанопроволок, которое ухудшает производительность устройства из-за безызлучательных дефектов в местах слияния [27].

а Вид сверху СЭМ только что выращенных нанопроволок InGaN / GaN, выращенных на кварце. б Изображение просвечивающего электронного микроскопа в светлом поле с большим увеличением из области p-GaN, показывающее кристалличность нанопроволоки. На вставке показана картина дифракции электронов на селективной области, снятая с нанопроволоки. c HAADF изображение одиночной нанопроволоки и d соответствующая карта EDX для Ga, e Ti и f составное элементное отображение. Масштабная шкала соответствует 25 нм. г Вид с большим увеличением на границу раздела между основанием нанопроволоки, промежуточным слоем и подложкой. Красная стрелка указывает направление элементарного отображения. ч Соответствующие результаты EDX и EELS показывают изменение элементного состава на границах раздела материалов. Результаты EDX сглажены для удаления шума

Изображение нанопроволоки, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) высокого разрешения, показано на рис. 1b вместе с соответствующей дифракционной картиной селективной области, показанной на вставке. Дифракционная картина указывает на кристалличность нанопроволоки, демонстрируя рост высококачественного материала GaN на подложке с несовпадающей решеткой. Изображение одиночной нанопроволоки в высокоугловом кольцевом темном поле (HAADF) вместе с соответствующим отображением элементов показано на рис. 1c – f. Изображение HAADF показывает пять вставок квантового диска InGaN (qdisk) в качестве активной области, обозначенной более яркими пятнами в нанопроволоке. В основании нанопроволоки можно увидеть слой, похожий на мусор. Этот слой - остатки затравки исходной нанопроволоки GaN, которая не перерастает в нанопроволоку из-за эффекта затенения. Картирование элементов показывает, что нанопроволоки растут поверх прослойки Ti, а не непосредственно поверх кварцевой подложки.

Элементное отображение ПЭМ на границе раздела между нанопроволокой, прослойкой и кварцевой подложкой также показано на рис. 1g – h, чтобы лучше понять состав границы раздела. Элементное картирование для Ga, Ti и Si было выполнено с использованием энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDX), в то время как элементное картирование для O и N было выполнено с использованием спектроскопии потерь энергии электронов (EELS). Картирование элементов, выполненное на границе раздела, подтверждает, что верхняя часть слоя Ti была частично преобразована в TiN во время роста внутри камеры МЛЭ, на что указывает одновременное присутствие Ti и N поверх промежуточного слоя. Толщина слоя TiN оценивается в ~ 10 нм. Зарождение затравки GaN и рост нанопроволоки затем происходят поверх слоя TiN. Результат EELS показывает наличие кислородного сигнала через слой TiN / Ti. Это вызвано спонтанным образованием нативного TiO ₂ . пленка, так как образец ПЭМ после подготовки подвергается воздействию воздуха [28]. Прямое зародышеобразование на TiN является преимуществом для нашей конструкции устройства, поскольку показано, что TiN способен одновременно обеспечивать прозрачность и проводимость [29], а также улучшать качество GaN, выращенного поверх него [30], и действовать как отражатель на более длинных волнах. [31].

Оптические характеристики нанопроволок, выращенных на кварце, измерялись с использованием μ -PL установка с возбуждением на 325 нм от HeCd-лазера. При комнатной температуре μ Спектры -PL показывают широкий пик. Широкая ширина линии является общей чертой нанопроволок III-нитрида из-за внутренней структурной и композиционной неоднородности отдельных нанопроволок [32]. Зависящий от температуры μ -PL на рис. 2а показывает, что от 77 до 300 К, μ Спектры -PL смещены в красную область и расширяются с увеличением температуры. Пиковая длина волны и FWHM для различных измеренных температур показаны на рис. 2b. Красное смещение происходит из-за зависящего от температуры уменьшения ширины запрещенной зоны, связанного с эффектом Варшни, а уширение пика с повышением температуры связано с взаимодействием экситонов с акустическими фононами [33]. Уменьшение пиковой интенсивности, наблюдаемое при повышении температуры, вызвано увеличением безызлучательной рекомбинации из-за активации центров безызлучательной рекомбинации при повышенной температуре, а носители заряда получают достаточно тепловой энергии, чтобы покинуть квантовый диск для безызлучательной рекомбинации. Результаты зависимого от мощности μ Эксперимент -PL при 300 K (рис. 2c) показывает, что спектры демонстрируют незначительное смещение синего цвета при увеличении мощности возбуждения. Отсутствие синего смещения можно объяснить уменьшением пьезоэлектрического поля и квантово-ограниченным эффектом Штарка (QCSE) в квантовых дисках, вызванным релаксацией радиальной деформации в структурах с нанопроволоками [34].

а Результат измерения ФЛ в зависимости от температуры от 77 до 300 К. b Изменение длины волны пика и FWHM для температурно-зависимых измерений ФЛ. c Зависящий от мощности μ -PL-измерение выполнено при 77 К, что указывает на уменьшение квантово-ограниченного эффекта Штарка

Чтобы проверить возможность использования нанопроволок, выращенных на образце аморфного кварца, для применения в прозрачных устройствах, мы сравнили коэффициент пропускания кварцевой подложки, покрытой 20 нм Ti, кварцевой подложки, покрытой Ti, который подвергся частичной нитридизации, и нанопроволок, выращенных в исходном состоянии. на кварцевом образце. Сама голая кварцевая подложка имеет коэффициент пропускания ~ 93% в видимом спектре длин волн. Результаты измерений представлены на рис. 3а. Для чистой кварцевой подложки, покрытой 20 нм Ti (рис. 3б), коэффициент пропускания составляет всего ~ 22%. После азотирования (рис. 3c) коэффициент пропускания значительно увеличивается более чем на 20% из-за образования слоя TiN, что подтверждается результатами ПЭМ. После роста нанопроволоки (рис. 3d) пропускание частично снижается из-за поглощения света из активной области квантового диска InGaN [35]. Для длины волны короче, чем длина волны излучения GaN, коэффициент пропускания приближается к нулю, поскольку сами нанопроволоки GaN также поглощают проходящий свет. Оптические фотографии кварцевой подложки, покрытой 20 нм Ti, кварцевой подложки со слоем TiN / Ti, выращенных нанопроволок на кварце и изготовленного устройства для сравнения показаны на рис. 3b – e.

а Результаты измерения пропускания для кварца без покрытия, кварцевой подложки, покрытой 20 нм Ti, кварцевой подложки, покрытой слоем TiN / Ti, и образца нанопроволоки, выращенной на кварце. б Оптическая фотография кварца, покрытого 20 нм Ti; c кварц, покрытый титаном, подвергшимся частичному азотированию; г свежевыращенный образец нанопроволоки; и е изготовлено светодиодное устройство на кварце

Характеристики устройства

Мы включили нанопроволоки, выращенные на кварце, в светодиоды. Этапы изготовления показаны на рис. 4. Подробные этапы изготовления описаны в разделе «Методы».

Этапы изготовления нанопроволок на кварцевых светодиодах

Структура светодиода, изображенная на рис. 5a, состоит из следующих слоев:контактная площадка Ni / Au, слой прозрачного распределения тока Ni / ITO, нанопроволоки GaN с пятью квантовыми дисками InGaN, встроенными в диэлектрический заполняющий материал (парилен C), и нижний слой TiN. / Прослойка Ti. Нижний промежуточный слой TiN / Ti действует как полупрозрачный контактный слой.

а Схема изготовленного светодиодного устройства. б Оптическая фотография нанопроволок кварцевого светодиода при прямом смещении. c L - Я - V характеристика светодиода. г Спектры электролюминесценции светодиода при изменении тока инжекции. е Изменение положения на полуширине и максимальной длины волны светодиода при увеличении прямого смещения. е Относительная внешняя квантовая эффективность светодиода, демонстрирующая падение эффективности при более высоком токе инжекции из-за скопления тока и нагрева перехода

На рисунке 5 показаны результаты электрических характеристик a 500 μ м × 500 мкм м -размерное устройство нанопроволока на кварце. Напряжение включения путем линейной экстраполяции линейной области V - Я кривой, было определено, что оно составило ~ 2,6 В. Сопротивление включения (~ 300 Ом ) выше, чем у светодиодных устройств на основе нанопроволок, изготовленных на кремниевой и металлической платформе, в первую очередь из-за ограниченной проводимости тонкого слоя TiN / Ti в сочетании со спонтанным образованием изолирующего TiO ₂ слой [36]. Когда прозрачность устройства не критична, сопротивление включению может быть улучшено путем нанесения более толстого промежуточного слоя Ti перед выращиванием. Выходная мощность света, показанная в результате L - Я измерение относительно невелико, так как собирается только свет, излучаемый перпендикулярно плоскости устройства. Излучение света устройством на фиг. 5b показывает, что часть света, излучаемого устройством, попадает в окружающую область кварцевой подложки и частично рассеивается обратно перпендикулярно плоскости подложки, что приводит к низкой эффективности вывода света. Однако этот результат также подчеркивает возможность использования светодиода с нанопроволокой на кварце в качестве основы для полностью оптической схемы на стеклянной платформе за счет тщательной инженерии связи и направления фотонов внутри кварцевой подложки.

Результаты измерения электролюминесценции (EL) на рис. 5d, e показывают широкую ширину линии излучения более 120 нм. Пик электролюминесценции хорошо согласуется с комнатной температурой μ -PL измерение. При низкой плотности тока инжекции примерно при включении светодиод демонстрирует широкое спектральное излучение около красной длины волны. При увеличении тока инжекции спектр смещается в сторону синего цвета от 650 нм к 590 нм, тем самым реализуя внутреннюю настройку в режиме красно-янтарно-желтого цвета. Смещение пика длины волны в синий цвет связано с эффектом постепенного заполнения полосы, когда при высоком токе инжекции электрон начинает заполнять более высокое энергетическое состояние и рекомбинировать, что приводит к излучению на более короткой длине волны пика. При более высоком токе инжекции смещение пика длины волны синего цвета становится насыщенным из-за конкуренции между смещением синего и красным смещением, вызванной повышением температуры перехода. Используя структуру квантового диска в нанопроволоке, поляризационное поле уменьшается за счет снятия напряжения, что позволяет реализовать устройство с желтым светодиодом, чего сложно достичь с помощью устройства на основе планарной квантовой ямы.

Расчет относительной внешней квантовой эффективности (EQE), показанный на рис. 5f, показывает, что квантовая эффективность достигает насыщения при ~ 20 мА, прежде чем она начинает уменьшаться. Это снижение эффективности вызвано сочетанием ограниченного растекания тока и эффекта нагрева перехода из-за низкой температуропроводности кварца, что приводит к накоплению тепла и повышению эффективности внутри устройства [37]. Чтобы исследовать нагрев соединения внутри устройства, использовалась инфракрасная камера OptoTherm для непосредственного наблюдения за температурой устройства при электрическом впрыске. Мы провели измерение температуры на двух разных пикселях, обозначенных цифрами 2 и 3 на вставке к рис. 6а. Однако для рис. 6а представлены только данные измерений из точки № 2. При вводе тока 35 мА температура устройства уже превышает 60 ° C, что заметно выше, чем у устройств, выращенных на кремнии и металле. На рис. 6b – d показано распределение тепла вокруг устройства при 5, 10, 20 и 30 мА. При более высоком токе инжекции видно, что тепло не рассеивается эффективно, а вместо этого накапливается в области вокруг устройства. Требуется дальнейшее детальное проектирование эффективной среды передачи фононов, совместимой с текущей платформой, помимо демонстрации этого доказательства концепции.

Измерение температуры устройства с помощью инфракрасной камеры OptoTherm. а Изменение температуры устройства с увеличением тока впрыска. На вставке - инфракрасное изображение структуры устройства при нулевом смещении и настроенной цветовой полосе. Точка измерения обозначена цифрой 2 и фиолетовым крестиком. Инфракрасное изображение, соответствующее температуре устройства и окружающей области при токе впрыска b 5, c 10, d 20 и e 30 мА. Результаты показывают, что тепло сосредоточено в области вокруг устройства

Эксперимент по смешиванию цветов

Настраиваемый по CCT высококачественный источник белого света играет важную роль в бытовой электронике, поскольку было показано, что компонент синего света на электронном дисплее приводит к подавлению мелатонина, эффективно влияя на циркадный ритм человека [38, 39]. Используя широкие возможности настройки спектральных характеристик устройства, мы продемонстрировали практическое применение генерации белого света с широкой настройкой CCT в конфигурации передачи. Мы использовали светодиод с нанопроволокой на кварце в качестве активного широко настраиваемого элемента с красным, зеленым и синим (RGB) лазерными диодами (ЛД) в качестве вторичных источников света. Одним из преимуществ использования источника желтого света на основе нанопровода для генерации белого света является присущее ему широкое излучение, которое приводит к высокому значению индекса цветопередачи (CRI). Используя желтый светодиод в сочетании с лазерами, мы смогли разработать белый свет с широким диапазоном настройки CCT. Схема настройки смешения цветов описана ниже.

Сначала выходные сигналы RGB LD объединяются с помощью трехканального сумматора длин волн Thorlabs и коллимируются с помощью коллимирующей линзы. Затем коллимированный луч отражается с помощью зеркала под углом 45 ° на тыльную сторону светодиода с нанопроволокой на кварце и затем проходит через верхнюю сторону светодиода. Наконец, детектор располагается непосредственно над светодиодом с нанопроволокой на кварце, чтобы улавливать полученный свет смешанного цвета. Схема установки представлена ​​на рис. 7а. Сенсорный спектрометр GL Spectis 5.0 использовался для обработки значений CRI и CCT на основе стандарта Международной комиссии по освещению (CIE) 1931 года.

Эксперимент по смешиванию цветов. а Схема эксперимента по смешиванию цветов с указанием красного, зеленого и синего диодов и желтого нанопроволока - кварцевого устройства. На вставке - оптическая фотография светодиода при лазерном освещении. б Изменение CCT и CRI при изменении тока инжекции светодиода. c Изменение CCT и CRI при изменении тока впрыска LD. Спектр длин волн и карта CIE 1931 для настройки смешения цветов с использованием d синий LD с желтым светодиодом нанопроволока на кварце и e RGB светодиоды с желтой нанопроволокой на кварце

В первом эксперименте луч синего светодиода сочетался с желтым светом желтого светодиода. Чтобы получить максимально возможное значение CRI, токи смещения LD и LED изначально варьировались, давая значение CRI 74,5 при значении CCT 6769 K. Это значение намного выше, чем наш предыдущий результат с использованием синего LD / YAG:Ce ³⁺ люминофор для генерации белого света [40]. Чтобы продемонстрировать возможность настройки цвета, смещение светодиода или LD изменялось, начиная со значения смещения, которое давало наивысший индекс цветопередачи. На рис. 7b, c показано влияние регулировки тока смещения на значения CRI и CCT. Мы смогли настроить цветовую температуру от 2800 K до более чем 7000 K, сохранив при этом значение CRI выше 55. На рисунке 7d показан спектр самого высокого достигнутого CRI, а на вставке показано изменение координаты CIE 1931 за счет изменения тока смещения. . Дальнейшее улучшение значения CRI было сделано с использованием светодиода RGB в сочетании с желтым светодиодом. Когда используются только светодиоды RGB без компонента спектра желтого светодиода, мы получили значение CRI 55,4. Включив компонент желтого спектра, мы смогли получить высококачественный белый свет со значением CCT 7300 K и значением CRI 85,1 (рис. 7e), что значительно выше.

Используя светодиод с нанопроволокой на кварце в сочетании с системой лазерных диодов, мы можем разработать источник белого света с широким диапазоном настройки CCT, избегая при этом проблемы деградации люминофора [41]. Путем индивидуального управления спектральными характеристиками каждой длины волны возможна точная настройка характеристик белого света. Кроме того, генерация белого света на основе лазерных диодов более выгодна по сравнению со светодиодами из-за более высокой эффективности и потенциальной экономии [42].

Выводы

В заключение, мы продемонстрировали рост нанопроволок InGaN / GaN непосредственно на подложке из аморфного кварца с использованием прослойки TiN / Ti и изготовили светодиоды на основе платформы нанопроволоки на кварце. Используя структуру на основе нанопроволоки, мы смогли вырастить высококристаллический материал III-нитрида на аморфном кварце. Светодиод с нанопроволокой на кварце позволяет реализовать светодиодный источник света на основе масштабируемой и экономичной подложки. Изготовленный светодиод излучает свет с максимальной длиной волны, охватывающей желто-янтарно-красный (пиковые длины волн от 590 до 650 нм) с FWHM более 120 нм. Используя широко настраиваемые спектральные характеристики устройства, мы продемонстрировали практическую генерацию широко настраиваемого белого света от 3000 до> 7000 К в конфигурации передачи.