混色是组合两种或多种颜色的过程：红色和绿色产生黄色，蓝色和红色产生紫色，红色和绿色和蓝色产生白色。这种混合颜色的过程是未来固态照明的基础。虽然目前白光是通过荧光粉下转换实现的，但LED混色实际上具有更高的理论最大效率，这是实现DOE2035年能源效率目标所需要的。

尽管混色LED光源具有潜在的效率，但仍存在一个重大挑战：绿色。“绿色差距”被描述为缺乏合适的绿色LED。目前的绿色LED由最先进的六方III氮化物制成，但仅达到美国能源部2035年路线图中规定的效率目标的三分之一。

在一项新研究中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员发现了一种填补绿光空白的潜在途径，并报告了一种具有32%内量子效率(IQE)的绿光发射立方III氮化物活性层，该效率超过效率比文献报道的传统立方活性层高6倍。

“最终目标是将当今白光发光二极管的效率提高三倍。要做到这一点，我们需要填补光谱中的绿色空白，这不是一件容易的任务。你需要创新。我们展示了材料的创新电气和计算机工程教授CanBayram说道，他与研究生JaekwonLee一起领导了这项工作。

如今，最高效的白光LED使用带有稀土磷光体涂层的蓝光发光二极管，可将蓝光转换为黄光、绿光和/或红光，从而实现白光照明。这个过程称为磷光体下转换。磷光体是发光材料，可以吸收高能光子(例如蓝光)并将其转换为较低能量/较长波长的光(例如分别为绿光、黄光和红光)。

然而，这种磷光体下转换过程有其局限性。下转换过程本质上是低效的，因为高能光子必须损失能量(以热的形式)才能转换成其他能量的光子。目前，SSL中使用的白光LED产生的热量是光输出的七倍。此外，荧光粉的化学性质不稳定，会显着增加LED器件的原材料和封装成本(约20%)。

尽管近年来蓝色LED效率不断提高，但使用荧光粉的SSL理论最大发光效率仅为255流明/瓦(lm/W)，而LED混色可实现理论最大发光效率408流明/瓦(lm/W)。

然而，许多已建立的绿色LED方法都受到高电流密度下“效率下降”的困扰。即使增加绿色发光所需的昂贵元素铟的含量，传统的六方III族氮化物也很难实现高效的绿色发光，这会导致更高的缺陷密度和效率下降。这对SSL的广泛采用提出了根本性挑战。

“我们找到了一种通过使用Bayram小组发明的纵横比相捕获技术来合成低缺陷密度、高质量、单相立方氮化镓的方法，”Lee解释道。在纵横比相捕获中，缺陷以及不需要的六方相被“捕获”在凹槽内，使得有源层的表面是完美的立方相材料。立方相和六方相是指材料中原子自身组织的方式。

在这里，研究人员开发了一种立方III氮化物系统，可以实现高效、无光衰的绿色LED，IQE为32%，铟含量仅为16%。这是立方井报道的最高IQE，其所需的铟量比传统六角井少约30%。

Bayram表示，可以通过使用立方III氮化物来缩小绿色间隙，因为这些材料在SSL方面的优势在理论上和实验上都有充分记录。立方相的质量和纯度阻碍了立方器件的实际效率，但本研究中使用的新颖的纵横比相捕获技术可以实现高质量、纯立方III族氮化物。

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