Con le preoccupazioni per il passaggio a una piattaforma di energia pulita in tutto il mondo con veicoli elettrici e fonti rinnovabili, l'energia sprecata è un fattore importante quanto la quantità di energia verde prodotta. Così, l'illuminazione a stato solido basata su diodi emettitori di luce (LED) è propagandata come soluzione. Però, I LED faticano a fornire un'elevata luminosità per le esigenze di illuminazione a lunghezza d'onda più corta. E le lunghezze d'onda corte emesse facilitano la luce bianca attraverso noti convertitori di riduzione al fosforo.
In Luce:scienza e applicazioni , I ricercatori della Ohio State University e gli scienziati della Wright State University e del Naval Research Laboratory descrivono un nuovo promettente LED a semiconduttore realizzato con materiali a base di GaN che potrebbe aumentare l'efficienza della presa a muro riducendo le perdite di energia e l'autoriscaldamento.
Se questa nuova tecnologia può essere sfruttata per un'elevata resa luminosa, la svolta potrebbe migliorare l'illuminazione LED a stato solido senza modificare in modo significativo gli impianti di produzione LED esistenti. I nuovi LED potrebbero fornire più luce con meno tensione e resistenza rispetto ai LED GaN convenzionali, aumentando così i lumen complessivi per watt in uscita ed evitando il calo di efficienza che affligge i LED ad alta luminosità.
Un modo in cui il team ha superato questo problema è stato quello di rimuovere completamente tutto il doping di tipo p nel nitruro di gallio, che storicamente è difficile da drogare e porta ad un'elevata resistenza in serie. La chiave della scoperta del team è la capacità di creare "buchi" per la ricombinazione radiativa con gli elettroni mediante tunneling quantomeccanico, piuttosto che tramite p-doping. Il tunneling avviene tramite il meccanismo Zener, consegnando i fori alla zona di ricombinazione, mitigando la necessità di goffi contatti ohmici di tipo p e iniettori resistivi a semiconduttore di tipo p.
I ricercatori hanno fatto la loro scoperta mentre facevano avanzare i diodi a effetto tunnel risonante (RTD) nel sistema di nitruro di gallio per l'Office of Naval Research sotto la direzione del program manager Dr. Paul Maki. Come riportato nel numero di agosto 2016 di Lettere di fisica applicata , il loro sforzo ha anche stabilito una piattaforma RTD stabile basata su GaN per la generazione di energia a microonde elevata e fonti potenzialmente terahertz.
La scienza fondamentale alla base di questo progresso è l'uso dei campi elettrici estremamente elevati indotti dagli effetti di polarizzazione all'interno di eterostrutture a base di GaN wurtzite. Questi campi elevati consentono al nuovo dispositivo non solo di iniettare elettroni attraverso una classica struttura a doppia barriera RTD nella banda di conduzione, ma anche simultaneamente per iniettare buchi mediante tunneling Zener attraverso il gap di banda GaN nella banda di valenza. Così, il nuovo LED utilizza solo drogaggio di tipo n, ma include le spese di tunneling bipolare per creare la nuova sorgente luminosa a LED.
Perseguendo la commercializzazione, il team sta lavorando per bilanciare l'elettrone iniettato e il rapporto tra le lacune per creare e quindi fornire fino a un fotone emesso per ogni elettrone iniettato.
