基于p-ZnO:Fe准三维纳米结构/n-GaN异质结的免蓝光橘色LED的研究

近年来国家重点支持发展LED产业,优势和特色明显,发展欣欣向荣。此产业构建健康舒适的光环境,实现“以人为本的照明”,是未来光健康领域发展的核心。白光LED普遍包含蓝光发射,大量应用于电脑显示器、数码电子产品显示屏、手机、电视、甚至汽车车灯、霓虹灯中。但是蓝光会使眼睛内的黄斑区毒素量增高,诱发白内障甚至失明。橘光可以促进淋巴循环,抑制色素分解,可用于治疗过敏性皮肤病,靠近红光的波段可以提高细胞活性促进新陈代谢。此外,免紫外的橘红光能避免紫外线对植物生长的损害,进而促进植物的光合作用。因此,免蓝光的橘色光LED在搭建植物工厂和光治疗方面具有潜在的应用前景。

华中科技大学武汉光电国家实验室和物理学院双聘教授高义华团队近年来一直致力于基于ZnO一维纳米材料的光电器件研究。团队与翟天佑教授,韩一波副教授等人合作,硕士生赵婉秋等人利用过渡金属Fe元素对ZnO进行掺杂,通过一步化学气相沉积方法,研制出了免蓝光的p-ZnO:Fe准三维纳米结构/n-GaN异质结橘光LED。Fe元素掺入ZnO后引入受主能级调控其发光波段到橘光,局域电荷储存层和准三维结构使其发光增强。通过各种元素分析,场效应晶体管测试,I-V测试,证明Fe成功掺杂ZnO准三维纳米结构并形成p型导电。CL光谱和低温PL(4.65K)光谱分析发现,Fe元素掺杂在ZnO能带中后形成稳定的受主能级与深能级。电致发光测试结果表明,该p-ZnO:Fe准三维纳米结构/n-GaN异质结LED,在6-16V工作电压下发射色温稳定在2574K左右的橘色光。

该种Fe掺杂大幅度调节ZnO发光波段,使其从紫外波段成功调节到橘色光波段,这有助于扩展ZnO/GaN异质结LED的应用范围,如免蓝光的橘色光LED在搭建植物工厂和光治疗方面的应用。相关论文在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/ adom.201700146)上,高义华教授为通讯作者。

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