Adv. Mater.：全色度范圍內可調的彩色光放射器

【引語】

發光二極管（LEDs）由于其亮度，穩定性，發光效率等方面的優勢，在我們的日常生活中經常作為光源和信息顯示屏。但是在實際應用中需要調節發射光的顏色，傳統的解決辦法是將不同范圍的發射光譜 的LEDs集成到一個功能元件中，但是這種做法增加了制造成本，并沒有從根本上解決問題。 為了獲得不同的發射光顏色，可以利用復合有機物半導體異質結，通過調節注入的載流子和限制載流子在特定的發射層，也可以操控異質結的微納結構從而產生不同的發射光光譜，但是這種做法并不能實現在整個色度范圍內的顏色調節。

【成果簡介】

我國臺灣省的國立成功大學Mario Hofmann、國立臺灣大學陳永芳教授（共同通訊作者）團隊發現了石墨烯/絕緣體/半導體復合結構成為全色度范圍可調節的發光晶體管的潛力，器件的工作原理是基于從石墨烯到半導體前態之間的隧穿，產生連續的光發射。整個過程可以通過改變偏壓狀態進行控制，采用三端發光晶體管的結構使得柵壓對發光光譜的調節不依賴于偏壓的狀態。通過添加量子點（QDs）轉換層? ,可以通過柵壓和偏壓的狀態獨立的控制在整個色度空間顏色的變化。

【圖文導讀】

圖1 : 器件結構和PL譜表征

圖 a : 器件的結構示意圖

圖 b : 室溫下，在波長為325nm的光激發下，p-GaN的PL譜

?圖2 : 偏壓對器件的影響

圖 a : 室溫下，Graphene/SiO2/p-GaN LEDs在正偏壓，負偏壓，沒有SiO2層負偏壓情況下的EL譜

圖 b : 在正，負偏壓下對西蒙方程的擬合曲線

圖 c : 在正，負偏壓下，器件的能帶變化示意圖

?圖3 : 柵壓對器件的影響

圖 a : 拉曼光譜中，p-GaN中石墨烯的2D和G特征峰隨著柵壓的變化

圖 b : 在負偏壓下，器件處于不同柵壓情況下的EL譜

圖 c : 在負偏壓下，器件的EL譜的420nm峰和635nm峰在不同柵壓下的峰強（左邊縱軸）和比值（右邊縱軸）的變化

圖 d : 在不同柵壓下，載流子的輸運過程和發光機制

圖4 : 器件性能測試與表征

圖 a : 不同的在柵壓和偏壓組合下其輸出光的顏色在色度圖中的點

圖 b : 在不同偏置條件下，器件在有無QDs轉換層的情況下的發光照片以及對應的色度點

圖 c : 在V_SD = ?12 V，V_GS = ?5 V 時，QD/Graphene/SiO2/p-GaN LEDs的EL譜，內置插圖展示在這些偏置條件下發出白光的照片

?圖5 : 器件的發光能量效率分析

圖 a : 在不同EL譜條件下，實驗器件和商業化的高亮度nGaN/GaN多量子阱LEDs的發光能量效率的對比

圖 b : 同一偏壓下的發光能量效率和源漏電流的對比

【小結】

實驗研究表明，該器件可以通過對偏壓和柵壓的控制從而實現對發射光譜的改變，使得器件的發光光譜范圍可以達到整個色度空間。實驗結果證明了和有機半導體和納米結構對光選擇性發射從而獲得不同的光譜相比，可以通過調節參數生成光子的器件將會有廣闊的應用前景，實驗器件的的成功也為這類產生光子器件的進一步研究奠定了基礎。

文獻連接 ：An Arbitrary Color Light Emitter (Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201604076 )

本文由材料人電子電工學術組徐瑞供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷！