Un nuovo micro-diodo a emissione di luce (micro-LED) sviluppato presso KAUST può emettere in modo efficiente luce rossa pura e può aiutare nella ricerca per sviluppare display a colori basati su un solo semiconduttore.

I micro-LED sono una tecnologia promettente per la prossima generazione di display. Hanno il vantaggio di essere efficienti dal punto di vista energetico e molto piccoli. Ma ogni LED può emettere luce solo su una ristretta gamma di colori. Una soluzione intelligente è creare dispositivi che combinano molti LED diversi, ognuna emettendo un colore diverso. È possibile creare micro-display a colori combinando rosso, micro-LED verdi e blu (RGB). Ora, una squadra KAUST di Zhe Zhuang, Daisuke Iida e Kazuhiro Ohkawa hanno lavorato per sviluppare un LED rosso più efficiente.

Il colore di emissione di un LED è determinato dalle proprietà del materiale del semiconduttore. Per esempio, i semiconduttori di nitruro possono essere utilizzati per realizzare micro-LED blu e verdi, mentre i semiconduttori al fosfuro sono usati per la luce rossa. Ma combinare in questo modo diversi semiconduttori rende la costruzione di micro-LED RGB più difficile e costosa. Oltretutto, l'efficienza dei micro-LED al fosfuro si riduce notevolmente con il restringimento delle dimensioni del chip.

Il nitruro di indio e gallio che emette luce rossa può essere creato aumentando il contenuto di indio dei materiali. Ma questo tende ad abbassare l'efficienza del LED risultante perché c'è una discrepanza tra la separazione degli atomi nel GaN e InGaN, che causa imperfezioni a livello atomico. Inoltre, il danneggiamento delle pareti laterali di un micro-LED InGaN indotto durante il processo di fabbricazione rende il nuovo dispositivo meno efficiente. "Ma abbiamo un trattamento chimico per rimuovere il danno e mantenere l'elevata qualità dei cristalli dell'interfaccia laterale InGaN e GaN, " spiega Zhuang.

Il team di Zhang ha creato e caratterizzato una serie di dispositivi quadrati con una lunghezza laterale di 98 o 47 micrometri. I loro dispositivi lunghi 47 micrometri che emettono luce a una lunghezza d'onda di picco di 626 nanometri hanno dimostrato di avere un'efficienza quantica esterna - il numero di fotoni emessi dal LED per elettrone iniettato nel dispositivo - fino a circa lo 0,87 percento. Anche, la purezza cromatica del micro-LED rosso è ottimale perché molto vicina al colore rosso primario definito dallo standard industriale noto come Rec. 2020.

"Il prossimo passo è aumentare l'efficienza del micro-LED rosso con chip di dimensioni ancora più piccole, forse sotto i 20 micrometri, " dice Zhuang. "Quindi speriamo di integrare LED a base di nitruro RGB per display a colori".