瑞典隆德大學(xué)研究人員發(fā)表了一篇關(guān)于新型發(fā)光二極管（LED）的論文，該器件采用物理結(jié)構(gòu)與材料組合引導(dǎo)光子逸出，旨在大幅減少內(nèi)部反射造成的能量損失，為提升固態(tài)照明效率帶來(lái)新可能。

傳統(tǒng)LED雖被視為高效光源，但受限于高折射率特性，僅約4%的生成光能逸出材料表面。光子若以較大角度撞擊表面會(huì)被向內(nèi)反射，在材料內(nèi)部多次彈跳后被重新吸收或轉(zhuǎn)化為聲子熱能。目前主流LED需依賴復(fù)雜表面處理技術(shù)來(lái)提高光子逃逸率。

新型LED利用半導(dǎo)體納米線構(gòu)建特殊結(jié)構(gòu)以避免光子捕獲，并結(jié)合直接帶隙與間接帶隙材料控制光子發(fā)射位置。電子在半導(dǎo)體中移動(dòng)時(shí)通常會(huì)伴隨光子發(fā)射，但距離表面較遠(yuǎn)的光子易被重新吸收。新材料采用間接帶隙半導(dǎo)體在內(nèi)部傳輸電子而不發(fā)射光子，同時(shí)搭配更薄的直接帶隙納米線負(fù)責(zé)發(fā)射光子。由于這些納米線直徑小于發(fā)射光的波長(zhǎng)，光子無(wú)法發(fā)生內(nèi)部反射。

該器件基于磷化銦鎵（GaInP）材料，核心部分采用外延生長(zhǎng)的間接帶隙半導(dǎo)體，置于p型磷化銦（InP）襯底上，外層覆蓋n型間接帶隙材料，頂部輔以透明氧化銦錫（ITO）層完成電路。從核心延伸出的直接帶隙分支納米線負(fù)責(zé)發(fā)射光子，其尺寸小于光波長(zhǎng)，確保光子必須逸出材料且不易被核心吸收。

隆德大學(xué)固態(tài)物理學(xué)教授Magnus Borgstr?m表示，若結(jié)構(gòu)做得足夠薄——薄于光波長(zhǎng)——光線便不會(huì)像以往那樣被困在材料內(nèi)部。理論上，這有望實(shí)現(xiàn)極高的光輸出，原則上可釋放幾乎全部生成的光。此類改進(jìn)若能實(shí)現(xiàn)，將省去大部分表面處理工藝并降低同等亮度下的功耗，從而削減成本。

盡管該器件可采用接近標(biāo)準(zhǔn)的工藝制造，但仍面臨挑戰(zhàn)。論文指出，所需電壓相對(duì)較高，表明結(jié)構(gòu)中仍存在電壓損耗。若改用直接帶隙核心會(huì)導(dǎo)致多光譜發(fā)射，不利于多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景；而間接帶隙核心則能提供更大的光譜控制范圍。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化表面特性、基底導(dǎo)電性及直接帶隙與間接帶隙界面的接觸性能。