반도체의 조성을 바꾸면 따뜻해져도 빛을 더 잘 낼까요?

상세 설명

3가 터븀 이온(Tb3+)은 청색, 녹색, 황색, 적색으로 이루어진 매우 안정적인 가시광을 방출한다. 터븀을 첨가한 반도체는 차세대 디스플레이용 새로운 풀컬러 광원의 후보이며, 특히 터븀을 첨가한 AlxGa1−xN(AlxGa1−xN:Tb)은 소자 응용을 위해 많은 관심을 받아 왔다.

이 실험적 재료 연구에서는 유기금속 기상 에피택시로 성장시킨 AlxGa1−xN:Tb의 발광 특성을 조사했다. 15 K에서 x ≥ 0.03인 시료의 5D4–7FJ 전이(J = 3, 4, 5, 6)에 관련된 발광이 관찰됐다.

알루미늄 조성이 높을수록 5D4–7FJ 발광의 열적 소광, 즉 온도 상승에 따라 발광이 약해지는 현상이 억제됐다. x ≥ 0.06인 AlxGa1−xN:Tb에서는 이 발광이 실온에서도 뚜렷하게 관찰됐다. 연구진은 열적 소광이 작은 이유를 4f–5d 전이를 통한 Tb3+ 이온의 5D4 준위로의 여기 강화로 설명했으며, 여기된 Tb3+ 이온에서 에너지 역전달 경로가 억제되기 때문은 아니라고 밝혔다.

x ≥ 0.15인 시료에서는 15 K에서 5D3–7FJ 전이에 의한 추가 발광이 관찰됐지만, 실온에서는 관찰되지 않았다. 연구진은 고온에서 4f–5d 전이를 통해 5D3 준위로 여기되는 효율이 낮아지기 때문에 이 발광이 나타나지 않는다고 설명했다.

또한 Al0.15Ga0.85N:Tb에 SiO2/ZrO2 분포 브래그 반사경을 사용해 단색 녹색광을 구현했다.