Realizzare LED rossi puri da cristalli di nitruro è un obiettivo che finora ha frustrato gli ingegneri. Però, questi LED sono vitali per costruire la prossima generazione di display micro-LED ad alta efficienza energetica per seguire i display OLED e per creare illuminazione con la regolazione del colore. Ora, per la prima volta, un team di ingegneri elettrici della KAUST è riuscito a realizzare questi LED.

"Gli ingegneri elettrici possono già realizzare LED luminosi utilizzando materiali diversi per produrre colori diversi. Ma per migliorare le tecnologie di visualizzazione, gli ingegneri devono integrare i tre LED a colori primari, rosso, verde e blu, su un chip, " spiega Daisuke Iida, un ingegnere elettrico presso KAUST. Ciò significa che devono trovare un materiale adatto alla produzione di tutti e tre i colori. Il materiale dovrebbe essere in grado di produrre ogni colore con alta intensità, e idealmente, dovrebbe avere un'uscita ad alta potenza, ma usa una tensione della batteria relativamente bassa.

I migliori candidati per la generazione di tutti e tre i colori sono una famiglia di composti chiamati semiconduttori di nitruro. Si tratta di cristalli contenenti azoto che in teoria possono essere utilizzati per creare LED che producono luce con lunghezze d'onda comprese tra l'ultravioletto e l'infrarosso, che comprende l'intero spettro visibile. Gli ingegneri di solito usano il nitruro di gallio per realizzare LED blu e verdi, ma hanno faticato a creare LED rossi brillanti con questo cristallo. "La visione rossa è stata quasi impossibile:altri gruppi sono riusciti solo a produrre l'arancia, non rosso mela, "dice il capogruppo, Kazuhiro Ohkawa. "Ora, abbiamo sviluppato un sistema di crescita dei cristalli per realizzare LED rossi puri."

Sostituendo una grande porzione del gallio con l'elemento indio si ottiene il rosso desiderato, ma è difficile da fare perché l'indio evapora facilmente dal cristallo. Quindi Iida, Ohkawa e colleghi hanno creato un reattore con vapore di indio extra sopra la superficie del cristallo, un processo noto come deposizione metalloorganica in fase vapore. Questa pressione aggiuntiva impedisce all'indio nel cristallo di fuoriuscire. "Questo ci dà una maggiore concentrazione di indio in superficie, " dice Ohkawa. "Questo è il nostro segreto!"

Ma c'era un altro ostacolo da superare. L'indio è composto da atomi più grandi del gallio, quindi quando viene introdotto, crea difetti nel cristallo, degradare la qualità della luce in uscita. Il trucco del team è stato quello di aggiungere anche alluminio, che ha piccoli atomi. "L'introduzione dei piccoli atomi riduce lo sforzo sul cristallo, con conseguente minor numero di difetti del cristallo, "dice Iida.

"Un altro vantaggio è che i LED funzionano a circa la metà della tensione dei suoi concorrenti, " dice Ohkawa. "Questo ti darà una vita più lunga per le batterie."