Por primera vez, un grupo de investigación internacional ha revelado el mecanismo central que limita el contenido de indio In en películas delgadas de nitruro de indio y galio In, Ga N: el material clave para los diodos emisores de luz azul LEDEl enfoque común para aumentar la emisión de LED basados en nitruro III hacia el verde y, en particular, la parte roja del espectro óptico, necesaria para los dispositivos RGB modernos, es el enfoque común para aumentar el contenido de In en pozos cuánticos InGaN.La pregunta de investigación de larga data: ¿por qué falla este enfoque clásico, cuando tratamos de obtener LED verdes y rojos eficientes basados en InGaN?
A pesar del progreso en el campo de los LED y láseres verdes, los investigadores no pudieron superar el límite del 30% del contenido de indio en las películas. La razón de esto no estaba clara hasta ahora: es un problema para encontrar el crecimiento correctocondiciones o más bien un efecto fundamental que no se puede superar? Ahora, un equipo internacional de Alemania, Polonia y China ha arrojado nueva luz sobre esta cuestión y ha revelado el mecanismo responsable de esa limitación.
En su trabajo, los científicos trataron de llevar el contenido de indio al límite mediante el crecimiento de capas atómicas individuales de InN en GaN. Sin embargo, independientemente de las condiciones de crecimiento, las concentraciones de indio nunca han excedido el 25% - 30% - un claro signo deun mecanismo fundamentalmente limitante. Los investigadores utilizaron métodos de caracterización avanzados, como el microscopio electrónico de transmisión de resolución atómica TEM y la difracción de electrones de alta energía de reflexión in situ RHEED, y descubrieron que, tan pronto como el contenido de indio alcanza alrededor del 25%, los átomos dentro de la monocapa In, Ga N se organizan en un patrón regular: una columna atómica única de In se alterna con dos columnas atómicas de átomos de Ga. Los cálculos teóricos completos revelaron que el ordenamiento atómico es inducido por una reconstrucción de superficie particular: el indiolos átomos están unidos con cuatro átomos vecinos, en lugar de los tres esperados. Esto crea enlaces más fuertes entre los átomos de indio y nitrógeno, lo que, por un lado, permite usar temperaturas más altass durante el crecimiento y proporciona material con mejor calidad.Por otro lado, el orden establece el límite del contenido de In del 25%, que no se puede superar en condiciones de crecimiento realistas.
"Aparentemente, un cuello de botella tecnológico obstaculiza todos los intentos de cambiar la emisión del verde hacia las regiones amarilla y roja de los espectros. Por lo tanto, se requieren urgentemente nuevas vías originales para superar estas limitaciones fundamentales", afirma el Dr. Tobias Schulz, científico del Leibniz-Institut fuer Kristallzuechtung; "por ejemplo, el crecimiento de películas de InGaN en pseudo-sustratos de InGaN de alta calidad que reducirían la tensión en la capa de crecimiento".
Sin embargo, el descubrimiento de pedidos puede ayudar a superar las limitaciones bien conocidas del sistema de materiales InGaN: localización de portadores de carga debido a fluctuaciones en la composición química de la aleación. Crecimiento estable de aleaciones de N ordenadas In, Ga con la composición fijaa altas temperaturas podría mejorar las propiedades ópticas de los dispositivos.
El trabajo es el resultado de una colaboración entre Leibniz-Institut fuer Kristallzuechtung Berlín, Alemania, Max-Planck-Institut fuer Eisenforschung Düsseldorf, Alemania, Paul-Drude Institut fuer Festkoerperelektronik Berlín, Alemania, Instituto de Alta-Física de presión Varsovia, Polonia, y Laboratorio clave estatal de microestructura artificial y física mesoscópica Beijing, China.
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Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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