Utilizando cálculos innovadores de primeros principios, los investigadores de la Universidad de California, Santa Bárbara UCSB han demostrado el mecanismo por el cual las impurezas de metales de transición, en particular el hierro, pueden actuar como centros de recombinación no radiactiva en semiconductores de nitruro.El trabajo destaca que tales impurezas pueden tener un impacto perjudicial en la eficiencia de los diodos emisores de luz LED basados en nitruro de galio o nitruro de galio indio.
Para los LED, el material de alta pureza es esencial para la tecnología de iluminación, como la iluminación de estado sólido residencial y comercial, la iluminación adaptativa para automóviles y las pantallas para dispositivos móviles. Las imperfecciones a escala atómica pueden limitar el rendimiento de los LED a través de un procesoconocida como recombinación Shockley-Read-Hall. El funcionamiento de un LED se basa en la recombinación radiactiva de electrones y agujeros, lo que da como resultado la emisión de fotones. Los defectos o impurezas pueden actuar como fuente de recombinación no radiactiva y prevenir la emisión de luz,bajando la eficiencia del LED.
Los investigadores de la UCSB, en colaboración con investigadores de la Universidad de Rutgers, la Universidad de Viena, el Instituto Real de Tecnología KTH en Suecia y el Centro de Ciencias y Tecnología Físicas en Lituania, han identificado ese hierro, incluso en concentraciones menores que las partes.por millón, puede ser muy perjudicial.
Desde hace tiempo se sabe que las impurezas de metales de transición como el hierro impactan severamente los dispositivos basados en semiconductores tradicionales como el arseniuro de silicio y galio, lo que hace que estas impurezas se denominen "centros asesinos". Por lo tanto, es sorprendente que se haya prestado poca atención.para comprender el papel de los metales de transición en la dinámica de recombinación en GaN.
"Una aplicación ingenua de la teoría de Shockley-Read-Hall, basada en una inspección de los niveles de defectos dentro del intervalo de banda, llevaría a uno a concluir que el hierro en GaN sería inofensivo", explicó el Dr. Darshana Wickramaratne, autor principal del"Sin embargo, nuestro trabajo muestra que los estados excitados de la impureza juegan un papel clave para convertirla en un centro asesino".
Los científicos de la UCSB identificaron una vía de recombinación por la cual el hierro puede conducir a una pérdida severa de eficiencia. Los cálculos sofisticados de primeros principios fueron esenciales para identificar y comprender el papel de los estados excitados en el proceso de recombinación.
"Tener en cuenta estos estados excitados cambia completamente la imagen", enfatizó el Dr. Audrius Alkauskas, otro miembro del equipo de investigación. "Sospechamos firmemente que tales estados excitados juegan un papel clave en otros fenómenos de recombinación, abriendo nuevas vías parainvestigación."
Los resultados resaltan que se requiere un control estricto sobre el crecimiento y el procesamiento para evitar la introducción involuntaria de impurezas de metales de transición. Las fuentes de contaminación por hierro incluyen los reactores de acero inoxidable que se utilizan en algunas técnicas de crecimiento para semiconductores de nitruro.
"El aumento de la eficiencia de la emisión de luz es un objetivo clave para la industria de la iluminación de estado sólido", dijo el profesor de materiales de UCSB Chris Van de Walle, quien dirigió el equipo de investigación. "Nuestro trabajo centra la atención en el impacto perjudicial de los metales de transición yla importancia de suprimir su incorporación "
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Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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