日本東北大學(xué)與羅姆將ZnO（氧化鋅）類紫外LED的發(fā)光強(qiáng)度提高到了100μW，為原來產(chǎn)品的1萬倍。這一發(fā)光強(qiáng)度是InGaN與GaN類紫外LED的約1/10，“明確了追趕GaN類產(chǎn)品的前進(jìn)道路”（東北大學(xué)原子分子材料科學(xué)高等研究機(jī)構(gòu)教授川崎雅司）。制造LED元件時(shí)采用了MBE（分子束外延）法，并開發(fā)出了不使用自由基化氣體的摻雜（Doping）法。這樣，“有望采用量產(chǎn)性更高的MOCVD（有機(jī)金屬氣相沉積）法”（川崎）。目標(biāo)用途是用于液晶顯示器的背照燈及照明燈的白色LED。這是由東北大學(xué)的川崎、東北大學(xué)金屬材料研究所、東北大學(xué)多元物質(zhì)科學(xué)研究所及羅姆共同取得的研究成果。
研究小組制造的LED元件，擁有p型MgZnO與n型ZnO的層疊構(gòu)造，在導(dǎo)電性ZnO底板上形成的。發(fā)光中心波長(zhǎng)為380nm。用該LED元件激發(fā)綠色熒光體時(shí)，可獲得以520nm波長(zhǎng)為中心的綠色光。盡管目前發(fā)光效率還不到1％，但“估計(jì)只要將p型MgZnO中1016cm-3左右的空穴濃度提高至1018cm-3左右，便可使發(fā)光效率提高一位數(shù)”（東北大學(xué)的川崎）。
該研究小組2004年曾采用脈沖激光沉積（PLD）法，開發(fā)出了由p型ZnO與n型ZnO的層疊構(gòu)造構(gòu)成的LED。這種LED元件的發(fā)光強(qiáng)度比此次的元件還低4位數(shù)左右，發(fā)光中心波長(zhǎng)為440nm，屬于藍(lán)色區(qū)域。此次采用能帶隙（禁止帶寬）更大的p型MgZnO代替了p型ZnO。由此，“可防止電子從n型ZnO流入p型MgZnO，從而使載流子在n型ZnO層內(nèi)重新結(jié)合而發(fā)光。這樣，便可獲得支持ZnO禁止帶寬的紫外光源”（東北大學(xué)的川崎）。
據(jù)介紹，此次采用MBE法形成LED元件時(shí)，主要通過兩方面的改進(jìn)，大幅提高了LED的發(fā)光強(qiáng)度。第1點(diǎn)是提高了MgZnO層與ZnO層的界面品質(zhì)，第2點(diǎn)是為了在MgZnO層中摻雜氮?dú)猓∟）而采用了氨氣（NH3），從而提高了對(duì)發(fā)光起到有益作用的空穴濃度。關(guān)于后者，與為了在MgZnO層中摻雜N而采用一氧化氮（NO）基的方法相比，發(fā)光強(qiáng)度提高了兩位數(shù)左右。據(jù)介紹，即使不采用自由基化氣體，也可生長(zhǎng)出高品質(zhì)結(jié)晶，因此今后有望采用更適于量產(chǎn)的MOCVD法。
研究小組表示，采用紫外LED的白色LED，與搭配使用藍(lán)色LED與黃色熒光體的InGaN及GaN類白色LED相比，有望提高演色性及色再現(xiàn)性。另外，該小組還稱，制造GaN類LED時(shí)很難采購到高品質(zhì)的低價(jià)單晶底板，但ZnO類LED可輕松合成單晶底板。因此，有望以較低的成本量產(chǎn)采用單晶底板的LED元件，這種底板可使發(fā)光層與網(wǎng)柵輕松匹配。
此次的研究成果已刊登在美國學(xué)術(shù)雜志《Applied Physics Letters》的網(wǎng)絡(luò)版上。
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