Ottimizzando la geometria, fabbricazione e contatti elettrici è vitale per massimizzare l'efficienza del LED. Credito:Zhuag et al.
I nuovi LED rossi sono più stabili alla temperatura di quelli realizzati utilizzando il semiconduttore convenzionale di scelta.
Nel tentativo di ottimizzare le prestazioni dei diodi a emissione di luce (LED), I ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology stanno esaminando ogni aspetto del design, fabbricazione e funzionamento di questi dispositivi. Ora, sono riusciti a fabbricare LED rossi, basato sul nitruro di indio gallio semiconduttore naturalmente blu, stabili quanto quelli a base di fosfuro di indio gallio.
I LED sono sorgenti ottiche realizzate con semiconduttori che offrono miglioramenti rispetto alle tradizionali sorgenti di luce visibile in termini di risparmio energetico, dimensioni più piccole e durate più lunghe. I LED possono emettere attraverso lo spettro, dall'ultravioletto al blu (B), verde (G), rosso (R) e nell'infrarosso. E matrici di minuscoli dispositivi RGB, cosiddetti micro-LED, può essere utilizzato per creare display dai colori vivaci, che potrebbe essere alla base della prossima generazione di monitor e televisori.
Una delle principali sfide per lo sviluppo dei microLED è quella di integrare il rosso, luce verde e blu in un singolo chip LED. Gli attuali LED RGB sono realizzati combinando due tipi di materiali:i LED a luce rossa sono realizzati in fosfuro di indio gallio (InGaP), mentre i LED blu e verdi comprendono semiconduttori di nitruro di indio gallio (InGaN). L'integrazione di due sistemi di materiali è difficile. "La creazione di display RGB richiede il trasferimento di massa del blu separato, LED verde e rosso insieme, ", afferma il ricercatore della KAUST Zhe Zhuang. Una soluzione più semplice sarebbe quella di creare LED di colori diversi su un singolo chip semiconduttore.
Il team ha sviluppato una struttura a LED rossi InGaN in cui la potenza di uscita è più stabile di quella dei LED rossi InGaP. Credito: Zhe Zhuang
Poiché i semiconduttori InGaP non sono in grado di emettere luce blu o verde, l'unica soluzione per realizzare micro-LED RGB monolitici è utilizzare InGaN. Questo materiale ha il potenziale per spostare la sua emissione dal blu al verde, giallo e rosso introducendo più indio nella miscela. E si prevede che i LED rossi InGaN abbiano prestazioni migliori rispetto agli attuali InGaP.
Zhuang, Daisuke Iida, Kazuhiro Ohkawa e i loro colleghi sono riusciti a coltivare InGaN ricco di indio di alta qualità per fabbricare LED rossi utilizzando le strutture di nanofabbricazione presso i KAUST Core Labs.
Il team ha anche sviluppato eccellenti contatti elettrici trasparenti utilizzando un film sottile di indio-stagno-ossido (ITO)1, che consente il passaggio di una corrente attraverso i LED ambra e rosso basati su InGaN. "Abbiamo ottimizzato la fabbricazione del film ITO per realizzare una bassa resistenza elettrica e un'elevata trasmittanza". Il team ha dimostrato che queste caratteristiche hanno notevolmente migliorato le prestazioni dei LED rossi InGaN.
Hanno anche studiato attentamente i LED rossi InGaN di diverse dimensioni ea varie temperature. Le variazioni di temperatura influiscono sulla potenza della luce in uscita e causano diverse impressioni di colore, rendendoli cruciali per le prestazioni pratiche del dispositivo.
"Uno svantaggio critico dei LED rossi InGaP è che non sono stabili se utilizzati ad alte temperature, " spiega Zhuang. "Pertanto, abbiamo creato LED rossi InGaN di diversi design per realizzare sorgenti InGaN a luce rossa molto stabili ad alte temperature." Hanno sviluppato una struttura LED rossi InGaN in cui la potenza di uscita è più stabile di quella dei LED rossi InGaP2. Inoltre, la sua variazione cromatica di emissione alle alte temperature era inferiore alla metà di quella realizzata con InGaP.
