I vantaggi dei diodi emettitori di luce (LED), come le loro piccole dimensioni, basso costo ed eccellente efficienza energetica, significa che si trovano ovunque nella vita moderna. Un team KAUST ha recentemente sviluppato un modo per produrre un LED a luce bianca che supera alcune sfide critiche.

Sbattendo le palpebre su quasi tutti i dispositivi elettronici moderni, I LED trasmettono messaggi nella loro distinta tonalità di rosso, verde o blu. La colorazione di un LED deriva da un semiconduttore all'interno che emette su uno spettro ristretto di lunghezze d'onda ottiche. L'incapacità dei LED di emettere uno spettro più ampio ne limita l'uso nelle applicazioni di illuminazione (l'emissione di uno spettro più ampio è necessaria per generare luce bianca) o per i display che richiedono un'ampia tavolozza di colori diversi.

Un approccio alla fabbricazione di LED a luce bianca consiste nel combinare dispositivi di materiali diversi, dove ogni materiale emette un colore diverso. L'emissione di rosso, il blu e il verde dei diversi materiali possono essere combinati per creare luce bianca, ma questo aumenta la complessità e il costo di produzione dei LED. In alternativa, un singolo semiconduttore può essere utilizzato mescolando in un fosforo che assorbe parte della luce emessa dal semiconduttore e poi la riemette con un colore diverso. Però, il fosforo si degrada nel tempo, limitando la vita utile di questi dispositivi.

Il team di Daisuke Iida e Kazuhiro Ohkawa ha escogitato un modo per costruire LED a luce bianca monolitici privi di fosforo utilizzando il nitruro di indio e gallio a semiconduttore.

Il colore di emissione del nitruro di indio e gallio dipende dal contenuto relativo degli atomi di indio e gallio. Per esempio, il nitruro di gallio emette luce ultravioletta, ma l'aggiunta di indio sposta l'emissione attraverso lo spettro visibile e nell'infrarosso. L'emissione può essere ulteriormente controllata inserendo strati molto sottili di nitruro di indio gallio con una composizione tra due strati di diversa composizione, creando i cosiddetti pozzi quantistici.

"L'unicità dei nostri dispositivi è che utilizziamo difetti materiali, o strutture a V-pit, per aumentare l'iniezione di corrente nel semiconduttore, ", afferma Iida. I LED progettati dal team KAUST includevano sia pozzi quantici che emettono luce blu con un contenuto di indio del 20 percento e pozzi quantici di indio rosso del 34 percento. questo LED monolitico emette luce attraverso l'intero spettro visibile. Controllando la corrente che passa attraverso il dispositivo, il team potrebbe modificare l'emissione da un bianco caldo a un bianco naturale e fino a un bianco freddo.

"Il prossimo passo è migliorare l'efficacia di emissione della componente di emissione rossa, " afferma Iida. "L'emissione rossa è un fattore chiave dei LED ad alta resa cromatica con emissione bianca naturale".