La technologie des diodes électroluminescentes (LED) a révolutionné l’éclairage domestique et commercial en réduisant considérablement les coûts. La reproduction de balances de couleurs agréables, notamment pour la lumière blanche et bleue, reste encore un défi.
Les LED en nitrure de gallium (GaN) sont largement utilisées pour cela, mais peuvent souffrir d’une efficacité réduite en raison d’impuretés intrinsèques ou de défauts. Une meilleure compréhension de l’impact des impuretés sur l’émission de lumière aurait la capacité d’aider à améliorer la technologie LED.
Des chercheurs de l’Université d’Osaka ont récemment publié une étude où ils ont évalué l’efficacité de cristaux de GaN de haute pureté en utilisant des tests non destructifs et non contact. Ils ont démontré que la réduction de la concentration de carbone peut augmenter la quantité de lumière émise. Selon Koshi Sano, auteur principal de l’étude, «Les améliorations dans la fabrication de GaN ont rendu les impuretés de carbone moins importantes, ce qui signifie que les gains d’efficacité futurs viendront probablement de la gestion des défauts ponctuels.»
Les chercheurs ont placé des échantillons à l’intérieur d’une sphère «omnidirectionnelle» qui permet de capturer presque toute la lumière émise. Lorsqu’un laser excite la photoluminescence, un spectre de la lumière résultante en fonction de la longueur d’onde peut être capturé. Ils ont trouvé que lorsque la concentration de carbone dans l’échantillon est faible, les principaux centres de recombinaison non radiative (NRC) sont des défauts intrinsèques du matériau, tels que des vacances atomiques dans le réseau atomique. Cependant, au-dessus d’un seuil de concentration de carbone d’environ 3,5 × 1014 par centimètre cube, les atomes de carbone eux-mêmes deviennent plus importants pour dissiper l’énergie.
L’efficacité quantique interne mesurée, qui compte combien d’électrons excités créent des photons, pour un échantillon est de 21,7%, surpassant la valeur précédente de 14,2%. «Développer des appareils optiques et électroniques plus efficaces qui consomment moins d’énergie est essentiel pour promouvoir une société durable», précise Kazunobu Kojima, auteur senior.
Les auteurs estiment que cette recherche peut aider à guider les efforts de développement futurs pour des solutions d’éclairage et d’électronique de puissance encore plus efficaces.
Légende illustration : Échantillon de cristal de GaN pur sous éclairage ambiant (à gauche) et laser d’excitation (à droite). Crédit : Koshi Sano
Article : « Switching of major nonradiative recombination centers (NRCs) from carbon impurities to intrinsic NRCs in GaN crystals » – DOI: 10.1063/5.0207339
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