共掺杂有望实现超高效白色Ga2O3 LED

含稀土离子的Ga₂O₃ LED具有高显色指数，同时避免了与Stokes位移相关的损耗

今天白色LED的巨大成功不应掩盖其弱点。常见的架构是用蓝色发光芯片泵浦黄色荧光粉，这导致了几个缺点，包括显色指数低、Stokes能量转换损耗和热稳定性降低。

萨加大学的一个研究小组报告了最近在这方面取得的成功，从荧光粉转向稀土离子应该可以消除这些弱点。它是与钽、铕和铒离子共掺杂的Ga₂O₃ LED的先驱。

该小组发言人Qixin Guo告诉 ，他们的共掺杂氧化镓LED的能量转移机制的性质需要进一步研究，这种LED是由红、绿和蓝三色混合发射的。“然而，Stokes转移没有造成任何损耗。”

该团队的最新发射器基于之前开发含稀土离子的Ga2O3 LED的努力。早在2021，Guo及其同事就报道了一种白色LED，其垂直堆叠150个周期，由掺杂钽、铕或铒的Ga₂O₃薄膜组成。

由于生产多层LED需要复杂的沉积工艺，该团队已着手研究基于共掺杂钽、铒和铕的可调色LED的可行性。他们的器件由共掺杂的Ga₂O₃与p型GaAs异质结构结合而成，阈值电压约为9V，并发射彩色电致发光。

为了生产他们的器件，Guo和他的同事们使用脉冲激光沉积工具在p型GaAs（111）上生长了一个与钽、铒或铕共掺杂的Ga₂O₃薄膜。在这个过程中，他们使用的衬底温度为500 °C，氧气气氛生长压力为0.1 Pa，生长时间为3小时，衬底与靶材之间的距离为40 nm。

“激光沉积适合于基础研究，”Guo说，但他补充道，MOCVD是大规模生产的最佳方法。

用X射线衍射和拉曼光谱检查其LED结构表明，共掺杂的Ga₂O₃薄膜是多晶的，适合生产LED。

通过在Ga₂O₃表面溅射250 nm厚的ITO薄膜，并通过电子束蒸发在晶圆背面添加金电极，对器件进行测量，结果表明在反向偏压下未观察到发射。它的缺失表明，器件操作需要同时注入电子和空穴。

Guo说，钽、铒和铕离子的组合是制造白色LED的最佳掺杂剂，分别在460 nm、530 nm和610 nm左右产生尖锐的发射峰。这就产生了明亮、均匀的粉色光，可随着驱动电流逐渐变色。

根据该团队的说法，通过微调钽、铒和铕的掺杂浓度，可以利用现有的稀土离子组合实现白光。

共掺杂Ga₂O₃ LED的优点之一是其发射波长不随环境温度变化。

郭和他的同事仍在研究LED的效率和寿命。不过，这两项都不是下一个议程。相反，现在的工作将集中在低温光致发光测量，以揭示共掺杂氧化镓薄膜的能量转移机制。

参考文献

Y. Huang et al. Appl. Phys. Express 15 081005 (2022)

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