بحث جديد لفريق جامعة ووهان: زيادة كفاءة مصابيح LED الصغيرة الحمراء بنسبة 30%

قام فريق تشو شنغجون في جامعة ووهان مؤخرًا بتطوير طبقة حجب تيار داخلية جديدة ذات وصلة شوتكي (SCBL)، والتي يمكنها تعزيز انتشار التيار في المنطقة النشطة. وتحسين كفاءة استخراج الضوء من AlGaInP الأحمر مصباح LED صغير(لي).

يوضح الرسم التخطيطي أعلاه (أ) بنية الجهاز، و(ب) عملية التصنيع القائمة على البنية الرأسية للضوء الأحمر لـ AlGaInP مصباح LED صغير مع SCBL. (ج) SCBL و (د) هيكل ضوئي رأسي أحمر قائم على AlGaInP، مصباح LED صغير، منظر علوي بصريمجهرصور.

قال قائد البحث شينغجون تشو إن الفريق استخدم خصائص اتصال شوتكي بين أكسيد القصدير الإنديوم (ITO) و p-GaP، بالإضافة إلى خصائص الاتصال الأومي بين ITO و p-GaP+ لبناء SCBL، وهو ما تم إثباته من خلال طريقة طول النقل.

أوضح تشو شنغجون أن تقنية SCBL تُخفف بشكل فعال من ازدحام التيار حول القطب p، وتُعزز انتشار التيار بشكل منتظم، مما يُحسّن كفاءة استخلاص الضوء في مصابيح LED الصغيرة الحمراء المصنوعة من AlGaInP. وبفضل تحسين انتشار التيار واستخلاص الضوء، تُظهر مصابيح LED الصغيرة المزودة بتقنية SCBL توزيعًا أكثر تجانسًا لشدة الإضاءة، وقدرة خرج ضوئي أعلى، وكفاءة كمية خارجية (EQE) أعلى.

تُستخدم مصابيح LED الصغيرة الحمراء المصنوعة من AlGaInP على نطاق واسع كجزء مهم من أنظمة الإضاءة الملونة الكاملة شاشات العرض وذلك بفضل سطوعه العالي، واستهلاكه المنخفض للطاقة، وعمره التشغيلي الطويل.

مع ذلك، يؤدي تكدس التيار حول القطب p إلى توزيع غير متساوٍ للتيار في المنطقة الفعالة. إضافةً إلى ذلك، ولأن معظم الفوتونات المتولدة في المنطقة الفعالة تُمتص أو تنعكس بواسطة القطب المعدني المعتم p، فإن كفاءة استخلاص الضوء (LEE) في مصباح LED المصغر القائم على AlgainP تكون منخفضة.

لحل هذه المشكلة، قدّم الباحثون تقنية SCBL لتحسين انتشار التيار واستخلاص الضوء في مصابيح LED الصغيرة القائمة على AlgainP. باستخدام وصلات شوتكي بين ITO وفجوة P، تمنع SCBL تكدس التيار حول قطب P. يُوجّه التيار إلى المنطقة النشطة عبر فجوة P + طبقة الوصلات الأومية لتجنب امتصاص الضوء وانعكاسه بواسطة قطب P المعدني المعتم.

أظهرت النتائج أن الكفاءة الكمية الخارجية (EQE) لمصباح LED صغير قائم على AlGaInP باستخدام تقنية SCBL يمكن زيادتها بنسبة تصل إلى 31.8% عند تيار 20 مللي أمبير مقارنةً بمصباح LED صغير قائم على AlGaInP بدون SCBL. لذا، يُتوقع تطبيق تقنية SCBL في الإنتاج الكمي لمصابيح LED حمراء صغيرة عالية الكفاءة قائمة على AlGaInP في المستقبل.

تجدر الإشارة إلى أن فريق تشو شنغجون من جامعة ووهان قد نشر أيضاً عدداً من نتائج الأبحاث الجديدة في مجال مصابيح LED. فعلى سبيل المثال، في مجال مصابيح LED فوق البنفسجية العميقة، أدخل الفريق وصلة نفقية فائقة الرقة (26 نانومتر) مصنوعة من مادة Algan في مصابيح LED فوق البنفسجية العميقة، مما أدى إلى زيادة كفاءة التحويل الكهروضوئي لهذه المصابيح بنسبة 5.5%.

في مجال مصابيح LED الصغيرة، حسّن الفريق أداء رقائق LED الصغيرة الزرقاء والخضراء القابلة للقلب باستخدام عاكس براغ الموزع كامل الزاوية (DBR). عند تطبيق تيار حقن 10 مللي أمبير، زادت القدرة الضوئية الخارجة لمصابيح LED الصغيرة الزرقاء والخضراء القائمة على ITO/DBR بنسبة 7.7% و7.3% على التوالي.