Adv. Mater.：全色度范围内可调的彩色光放射器

【引语】

发光二极管（LEDs）由于其亮度，稳定性，发光效率等方面的优势，在我们的日常生活中经常作为光源和信息显示屏。但是在实际应用中需要调节发射光的颜色，传统的解决办法是将不同范围的发射光谱 的LEDs集成到一个功能元件中，但是这种做法增加了制造成本，并没有从根本上解决问题。 为了获得不同的发射光颜色，可以利用复合有机物半导体异质结，通过调节注入的载流子和限制载流子在特定的发射层，也可以操控异质结的微纳结构从而产生不同的发射光光谱，但是这种做法并不能实现在整个色度范围内的颜色调节。

【成果简介】

我国台湾省的国立成功大学Mario Hofmann、国立台湾大学陈永芳教授（共同通讯作者）团队发现了石墨烯/绝缘体/半导体复合结构成为全色度范围可调节的发光晶体管的潜力，器件的工作原理是基于从石墨烯到半导体前态之间的隧穿，产生连续的光发射。整个过程可以通过改变偏压状态进行控制，采用三端发光晶体管的结构使得栅压对发光光谱的调节不依赖于偏压的状态。通过添加量子点（QDs）转换层  ,可以通过栅压和偏压的状态独立的控制在整个色度空间颜色的变化。

【图文导读】

图1 : 器件结构和PL谱表征

图 a : 器件的结构示意图

图 b : 室温下，在波长为325nm的光激发下，p-GaN的PL谱

 图2 : 偏压对器件的影响

图 a : 室温下，Graphene/SiO2/p-GaN LEDs在正偏压，负偏压，没有SiO2层负偏压情况下的EL谱

图 b : 在正，负偏压下对西蒙方程的拟合曲线

图 c : 在正，负偏压下，器件的能带变化示意图

 图3 : 栅压对器件的影响

图 a : 拉曼光谱中，p-GaN中石墨烯的2D和G特征峰随着栅压的变化

图 b : 在负偏压下，器件处于不同栅压情况下的EL谱

图 c : 在负偏压下，器件的EL谱的420nm峰和635nm峰在不同栅压下的峰强（左边纵轴）和比值（右边纵轴）的变化

图 d : 在不同栅压下，载流子的输运过程和发光机制

图4 : 器件性能测试与表征

图 a : 不同的在栅压和偏压组合下其输出光的颜色在色度图中的点

图 b : 在不同偏置条件下，器件在有无QDs转换层的情况下的发光照片以及对应的色度点

图 c : 在V_SD = −12 V，V_GS = −5 V 时，QD/Graphene/SiO2/p-GaN LEDs的EL谱，内置插图展示在这些偏置条件下发出白光的照片

 图5 : 器件的发光能量效率分析

图 a : 在不同EL谱条件下，实验器件和商业化的高亮度nGaN/GaN多量子阱LEDs的发光能量效率的对比

图 b : 同一偏压下的发光能量效率和源漏电流的对比

【小结】

实验研究表明，该器件可以通过对偏压和栅压的控制从而实现对发射光谱的改变，使得器件的发光光谱范围可以达到整个色度空间。实验结果证明了和有机半导体和纳米结构对光选择性发射从而获得不同的光谱相比，可以通过调节参数生成光子的器件将会有广阔的应用前景，实验器件的的成功也为这类产生光子器件的进一步研究奠定了基础。

文献连接 ：An Arbitrary Color Light Emitter (Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201604076 )

本文由材料人电子电工学术组徐瑞供稿，材料牛整理编辑。

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