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日本大阪大学与立命馆大学合作的研究人员证明，在半极性晶面上生长掺铕氮化镓（Eu-doped GaN）可以“显著提高红光发射”。该团队补充说，他们发现这种方法“选择性地促进了高效Eu发光中心的形成，使得红光发射强度比传统极性晶面生长的材料高出3.6倍以上”。
该成果在发表于《应用物理快报》上的文章“在半极性GaN上生长的Eu掺杂GaN中优先形成高效Eu 发光中心 ”中进行了描述。
基于掺铕氮化镓（Eu-doped GaN）的红色发光器件因其能够基于铕离子4f电子层内跃迁提供窄线宽、波长稳定的红色发射，而备受关注，被认为是下一代微型LED显示器的理想光源。这对于与蓝色和绿色InGaN LED进行全彩单片集成尤为重要，因为器件工作时的波长稳定性至关重要。
然而，传统的极性（“0001”）GaN生长方法存在一个主要缺陷：会意外形成许多低效的Eu发光中心，从而限制光输出。在这项新研究中，研究人员探究了晶体生长面如何影响Eu发光中心的分布，并发现半极性（“2021”）GaN显著改变了这种分布。
利用激发-发射光谱联用技术，研究团队发现，与Eu团簇相关的低效中心“OMVPE1”和“OMVPE2”在半极性GaN:Eu中消失。与此同时，高效中心“OMVPE7”和“OMVPE8”的数量显著增加，分别增加了139倍和53倍。
研究小组表示：“所得半极性样品的发射线宽比传统样品更窄，这表明更亮的发射是由于发光中心数量的变化，而不是由于光提取的改善。”
研究人员进一步指出，半极性生长过程中氧掺入量的增加是造成这种效应的关键因素。半极性样品中的氧掺入量高于传统样品，这被认为可以抑制Eu团簇的形成，同时促进与高效OMVPE7中心相关的局部结构的形成。
发光增加3.6倍
值得注意的是，这些优势不仅限于弱激发条件。半极性GaN:Eu样品在强激发下也表现出效率下降幅度较小，这意味着随着激发功率的增加，其发光性能依然保持相对稳定。总体而言，在研究中使用的最大激发功率密度下，该半极性材料的发光强度提高了3.6倍。
这些发现为开发亮度更高的GaN:Eu基红色LED提供了明确的途径。由于半极性衬底也有利于抑制InGaN LED的波长偏移，因此该结果代表着朝着基于同一平台上红、绿、蓝三色发光体单片集成的超高分辨率、宽色域、波长稳定的全彩微型LED显示器迈出了重要一步。
资深作者市川修平教授评论道：“我们的研究结果表明，只需改变晶体生长平面，即可实现高效Eu发光中心的选择性自形成。因此，半极性生长是制备更亮Eu掺杂GaN红色发光器件的有效途径，我们希望借此推进器件工艺优化和全彩微型LED集成，最终实现实际应用。”
来自：optics.org
