I diodi emettitori di luce in nitruro di indio e gallio forniscono una migliore efficienza di luminescenza rispetto a molti altri materiali utilizzati per creare LED blu e verdi. Ma una grande sfida nel lavorare con InGaN sono i suoi noti difetti di densità di dislocazione che rendono difficile la comprensione delle sue proprietà di emissione.

Nel Rivista di fisica applicata , ricercatori in Cina riportano una struttura LED InGaN con elevata efficienza di luminescenza e quella che si ritiene sia la prima osservazione diretta di portatori di transizione tra diversi stati di localizzazione all'interno di InGaN. Gli stati di localizzazione sono stati confermati dalla fotoluminescenza dipendente dalla temperatura e dalla fotoluminescenza dipendente dalla potenza di eccitazione.

La teoria degli stati di localizzazione è comunemente usata per spiegare l'elevata efficienza di luminescenza ottenuta tramite il gran numero di dislocazioni all'interno dei materiali InGaN. Gli stati di localizzazione sono gli stati di minimo energetico che si ritiene esistano all'interno della regione del pozzo quantico InGaN (valori energetici discreti), ma un'osservazione diretta degli stati di localizzazione è stata finora elusiva.

"Basato principalmente sulle fluttuazioni del contenuto di indio, abbiamo esplorato i "minimi energetici" che rimangono all'interno della regione del pozzo quantico di InGaN, " disse Yangfeng Li, l'autore principale del documento e ora borsista post-dottorato presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong. "Tali minimi energetici cattureranno i portatori di carica, elettroni e lacune, e impediranno loro di essere catturati da difetti (dislocazioni). Ciò significa che l'efficienza di emissione è meno influenzata dal gran numero di difetti".

L'osservazione diretta da parte del gruppo degli stati di localizzazione è una scoperta importante per il futuro dei LED, perché ne verifica l'esistenza, che era una questione scientifica aperta di lunga data.

"La segregazione dell'indio può essere una delle ragioni che causano stati di localizzazione, " ha detto Li. "A causa dell'esistenza di stati di localizzazione, i portatori di carica saranno principalmente catturati negli stati di localizzazione piuttosto che da difetti di ricombinazione non radiativa. Ciò migliora l'elevata efficienza di luminescenza dei dispositivi che emettono luce".

Sulla base degli spettri di elettroluminescenza del gruppo, "il campione InGaN con stati di localizzazione più forti fornisce più di un duplice miglioramento dell'emissione luminosa alle stesse condizioni di iniezione di corrente dei campioni di stati di localizzazione più deboli, " disse Li.

Il lavoro dei ricercatori può fungere da riferimento sulle proprietà di emissione dei materiali InGaN da utilizzare nella produzione di LED e diodi laser.

Hanno in programma di continuare a esplorare materiali e dispositivi correlati al nitruro di gallio "non solo per ottenere una migliore comprensione delle loro localizzazioni, ma anche delle proprietà dei punti quantici di InGaN, che sono particelle semiconduttrici con potenziali applicazioni nelle celle solari e nell'elettronica, Li ha detto. "Speriamo che anche altri ricercatori conducano studi teorici approfonditi sulla localizzazione degli stati".