Les diodes électroluminescentes en nitrure d'indium et de gallium offrent une meilleure efficacité de luminescence que la plupart des autres matériaux utilisés pour créer des LED bleues et vertes. Mais un grand défi de travailler avec InGaN est ses défauts connus de densité de dislocation qui rendent difficile la compréhension de ses propriétés d'émission.

Dans le Journal de physique appliquée , des chercheurs en Chine rapportent une structure de LED InGaN avec une efficacité de luminescence élevée et ce qui est considéré comme la première observation directe de porteurs de transition entre différents états de localisation au sein d'InGaN. Les états de localisation ont été confirmés par photoluminescence dépendante de la température et photoluminescence dépendante de la puissance d'excitation.

La théorie des états de localisation est couramment utilisée pour expliquer l'efficacité de luminescence élevée obtenue grâce au grand nombre de dislocations dans les matériaux InGaN. Les états de localisation sont les états minima d'énergie que l'on pense exister dans la région du puits quantique InGaN (valeurs d'énergie discrètes), mais une observation directe des états de localisation était insaisissable jusqu'à présent.

« Basé principalement sur les fluctuations de la teneur en indium, nous avons exploré les « minimums énergétiques » qui restent dans la région des puits quantiques InGaN, " dit Yangfeng Li, l'auteur principal de l'article et maintenant boursier postdoctoral à l'Université des sciences et technologies de Hong Kong. "De tels minima d'énergie captureront les porteurs de charge - électrons et trous - et les empêcheront d'être capturés par des défauts (dislocations). Cela signifie que l'efficacité d'émission est moins affectée par le grand nombre de défauts."

L'observation directe par le groupe des états de localisation est une découverte importante pour l'avenir des LED, car il vérifie leur existence, qui était une question scientifique ouverte de longue date.

"La ségrégation de l'indium peut être l'une des raisons à l'origine des états de localisation, " a déclaré Li. "En raison de l'existence d'états de localisation, les porteurs de charges seront principalement capturés dans les états de localisation plutôt que par des défauts de recombinaison non radiatifs. Cela améliore l'efficacité de luminescence élevée des dispositifs électroluminescents."

Sur la base des spectres d'électroluminescence du groupe, « l'échantillon InGaN avec des états de localisation plus forts fournit plus que deux fois l'amélioration de la sortie de lumière dans les mêmes conditions d'injection de courant que les échantillons d'états de localisation plus faibles, " dit Li.

Les travaux des chercheurs peuvent servir de référence sur les propriétés d'émission des matériaux InGaN utilisés dans la fabrication de LED et de diodes laser.

Ils prévoient de continuer à explorer les matériaux et dispositifs liés au nitrure de gallium « non seulement pour mieux comprendre leurs localisations, mais aussi les propriétés des points quantiques InGaN, qui sont des particules semi-conductrices avec des applications potentielles dans les cellules solaires et l'électronique, " a déclaré Li. "Nous espérons que d'autres chercheurs mèneront également des études théoriques approfondies sur les états de localisation."