Двухцветные лазеры как дешевый и эффективный способ LED-освещения

Группой исследователей из США было создано новое полупроводниковое устройство, способное излучать свет двух разных цветов. Данное открытие имеет потенциал раскрытия возможности универсального использования светодиодов (LED) в рамках дешевого и эффективного освещения.

В экспериментальном устройстве используются новейшие наноразмерные материалы и процессы, позволяющие излучать зеленый и красный свет с разделением волной с длиной 97 нанометров. Такая полоса значительно шире полосы, используемой в традиционных полупроводниках. Более того, устройство намного энергоэфективнее, чем традиционные LED, так как цвет излучают лазеры. Это означает, что излучаемый свет имеет очень четкую и точную спектральную линию (уже доли нанометра) в отличие от LED, излучающих цветной свет по широкому каналу.

Одним из основных свойств полупроводников является то, что они излучают свет в определенном диапазоне волн. Это послужило причиной их широкого использования в LED. Диапазон волн, в котором полупроводник может излучать свет, также известный как частотный диапазон, как правило, ограничен десятком нанометров. В рамках многих прикладных областей, например в освещении, диапазон длин волн должен быть шире всего видимого спектра и составлять 300 нанометров.

Отдельные полупроводники не могут излучать весь видимый спектр и, следовательно, их необходимо объединить для покрытия всего диапазона. Такой процесс является весьма дорогостоящим и, в большой степени, является причиной отказа от универсального использования светодиодов в освещении.

В рамках данного исследования ученые из Университета штата Аризона использовали процесс, именуемый «химическое парофазное осаждение», для создания нанослоя длиной 41 мкм из порошков сульфида кадмия, селенида кадмия и кремния в качестве подложки.

Главный автор исследования, профессор Кан-Жень Нинь (Cun-Zheng Ning), сообщил: «Полупроводники традиционно послойно сращиваются друг с другом на уровне атомов с использованием эпитаксиального выращивания кристаллов. Так как различные полупроводниковые кристаллы, как правило, имеют разные константы решетки, послойное выращивание различных полупроводников приведет к возникновению дефектов, напряжения, и производству некачественных кристаллов с плохими светоизлучающими характеристиками».

Это связано с тем, что сейчас светодиоды не могут содержать различные типы светодиодов для генерирования красного, зеленого и синего цвета.

Однако недавние разработки в данной области нанотехнологий показали, что имеется возможность выращивания таких структур как нанопровода, наноленты и нанолисты, которые выдерживают намного больший уровень несоответствия структур кристаллических решеток, таким образом позволяя совместно выращивать очень разные полупроводники, избегая большого количества дефектов.

«Многоцветное светоизлучение из одного нанопровода или наноленты уже было реализовано в прошлом, но наши исследования важны тем, что мы смогли создать лазеры двух разных цветов. Физическое совмещение лазеров различных цветов стоит слишком дорого, чтобы нести пользу, поэтому наш концептуальный эксперимент интересен и потенциально важен с технологической точки зрения».

«Помимо использования в рамках твердотельного (светодиодного) освещения и в полноцветных дисплеях, такую технологию можно использовать для создания источников света для биологического и химического определения флуоресценции», - отметил профессор Нинь.