"Bright infrared quantum-dot light-emitting diodes through inter-dot spacing control". L. Sun, J. J. Choi, D. Stachnik, A. C. Bartnik, B. R. Hyun, G. G. Malliaras, T. Hanrath, F. W. Wise. NATURE NANOTECHNOLOGY
Infrared light-emitting diodes are currently fabricated from direct-gap
semiconductors using epitaxy, which makes them expensive and difficult
to integrate with other materials. Light-emitting diodes based on
colloidal semiconductor quantum dots, on the other hand, can be
solution-processed at low cost, and can be directly integrated with
silicon.
However, so far, exciton dissociation and recombination have not been
well controlled in these devices, and this has limited their performance.
Here, by tuning the distance between adjacent PbS quantum dots, we
fabricate thin-film quantum-dot light-emitting diodes that operate at
infrared wavelengths with radiances (6.4 W sr−1 m−2) eight times higher and external quantum efficiencies (2.0%)
two times higher than the highest values previously reported. The
distance between adjacent dots is tuned over a range of 1.3 nm by
varying the lengths of the linker molecules from three to eight CH2
groups, which allows us to achieve the optimum balance between charge
injection and radiative exciton recombination. The electroluminescent
powers of the best devices are comparable to those produced by
commercial InGaAsP light-emitting diodes. By varying the size of the
quantum dots, we can tune the emission wavelengths between 800 and
1,850 nm.
Actualmente los diodos emisores de luz infrarroja se fabrican haciendo crecer epitaxialmente semiconductores de brecha de energía directa, lo que los vuelve costosos y difíciles de integrar con otros materiales. Por otro lado, los diodos emisores de luz hechos con puntos cuánticos semiconductores coloidales pueden procesarse a bajo costo a partir de una solución, y pueden integrarse directamente con el silicio. Sin embargo, hasta el momento la disociación y la recombinación de excitones no ha sido bien controlada en estos dispositivos, lo que ha limitado su desempeño. Aquí, a partir de la modificación de la distancia entre puntos cuánticos adyacentes de PbS, se fabrican diodos emisores de luz hechos de puntos cuánticos, en forma de películas que operan en las longitudes de onda del infrarrojo con radiancias ((6.4 W sr−1 m−2) ocho veces más grandes y eficiencias cuánticas externas (2.0%) dos veces más grandes que los valores más grandes reportados hasta ahora. La distancia entre puntos cuánticos adyacentes se controla a lo largo de un intervalo de 1.3 nm, a partir de la modificación de las longitudes de las moléculas enlazantes, las cuales pueden tener desde tres hasta ocho grupos CH2, permitiendo así alcanzar un equilibrio óptimo entre la inyección de carga y la recombinación radiativa de los excitones. La potencia electroluminiscente de los mejores dispositivos es comparable con aquellas obtenidas en diodos emisores de luz comerciales hechs de InGaAsP. Modificando el tamaño de los puntos cuánticos se puede entonar las longitudes de onda de emisión entre los 800 y los 1850 nm.
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