Piccoli dispositivi a emissione di luce in grado di creare tutti i colori dell'arcobaleno sono essenziali per la prossima generazione di telefoni e schermi.

I diodi a emissione di luce (μLED) su scala micrometrica sono l'elemento costitutivo ideale per i display microLED di nuova generazione utilizzati nei monitor montati sulla testa, cellulari e televisori perché sono luminosi, rispondi velocemente, offrono longevità e consumano poca energia. I ricercatori KAUST hanno dimostrato che questi dispositivi ridotti possono emettere luce in modo efficiente attraverso l'intero spettro della luce visibile.

Proprio come con i tradizionali display a LED, i prodotti μLED a colori richiederanno matrici di blu, sorgenti luminose verdi e rosse. Le leghe a base di nitruro sono un gruppo di materiali semiconduttori che offrono una strada per raggiungere questo obiettivo perché, con la giusta miscela chimica, possono emettere tutti e tre i colori.

Però, quando i dispositivi di nitruro sono ridotti di dimensioni a scale micrometriche, diventano poverissimi emettitori di luce. "Il principale ostacolo alla riduzione delle dimensioni dei dispositivi è il danneggiamento delle pareti laterali della struttura del LED generato durante il processo di fabbricazione, " spiega il dottorando Martin Velazquez-Rizo. "I difetti forniscono un percorso elettrico per una corrente di dispersione che non contribuisce all'emissione di luce." Questo effetto peggiora man mano che le dimensioni del LED si riducono, che ha limitato la dimensione del LED a circa 400 per 400 micrometri.

Velazquez-Rizo, insieme ai suoi colleghi Zhe Zhuang, Daisuke Iida e Kazuhiro Ohkawa, hanno sviluppato diodi microluminescenti (µLED) al nitruro di gallio indio rosso brillante di appena 17 × 17 micrometri.

Il team ha utilizzato una tecnica di deposizione atomica accuratamente calibrata per creare una matrice 10x10 di μLED rossi. Il danno alle pareti laterali dei μLED è stato quindi eliminato mediante un trattamento chimico. "Abbiamo confermato con osservazioni su scala atomica che le pareti laterali avevano un'elevata cristallinità dopo il trattamento, ", afferma Velazquez-Rizo. "L'esecuzione di questo tipo di osservazione richiede strumenti specializzati e preparazione del campione". E il leader della ricerca Ohkawa è d'accordo. "Senza questa tecnologia del microscopio, non abbiamo potuto realizzare e confermare questo risultato".

Hanno osservato una potenza di uscita molto elevata di 1,76 milliwatt da ogni millimetro quadrato sulla superficie del dispositivo, un notevole miglioramento rispetto ai dispositivi precedenti che riportavano una potenza di uscita inferiore a 1 milliwatt per millimetro quadrato. Il team ha quindi dimostrato i loro μLED rossi con μLED verdi e blu al nitruro di indio e gallio per creare un dispositivo con un'ampia gamma di colori.

"Il prossimo passo nella nostra ricerca è migliorare ulteriormente l'efficienza dei nostri μLED e ridurre le loro dimensioni laterali al di sotto di 10 micrometri, " dice Velazquez-Rizo.