Gli scienziati della KAUST hanno dimostrato una tecnica per ridurre la perdita di luce sulla superficie delle nanostrutture di semiconduttori. Alcuni materiali possono convertire in modo efficiente gli elettroni di una corrente elettrica in luce. Questi cosiddetti semiconduttori vengono utilizzati per creare diodi emettitori di luce o LED:piccoli, leggero, energia efficiente, dispositivi di lunga durata che sono sempre più diffusi sia nelle applicazioni di illuminazione che di visualizzazione.

Il colore, o lunghezza d'onda, della luce emessa può essere determinata scegliendo il materiale appropriato. Arseniuro di gallio, Per esempio, emette prevalentemente luce infrarossa. Per lunghezze d'onda più corte che si spostano nella regione blu o ultravioletta dello spettro, gli scienziati si sono rivolti al nitruro di gallio. Quindi, per sintonizzare la lunghezza d'onda di emissione, l'alluminio può essere aggiunto, che altera la spaziatura tra gli atomi e aumenta il gap energetico.

Però, numerosi fattori impediscono che tutta la radiazione creata nel semiconduttore fuoriesca dal dispositivo di agire come una sorgente luminosa efficiente. in primo luogo, la maggior parte dei materiali semiconduttori ha un alto indice di rifrazione, che rende le interfacce semiconduttore-aria altamente riflesse:ad alcuni angoli tutta la luce rimbalza all'indietro in un processo noto come riflettività interna totale. Un secondo limite è che le imperfezioni della superficie fungono da trappole che riassorbono la luce prima che possa fuoriuscire.

Il postdoc Haiding Sun e i suoi colleghi KAUST, compreso il suo supervisore, Assistente Prof. Xiaohang Li, Prof. Boon Ooi e Assistente Prof. Iman Roqan, hanno sviluppato LED costituiti da una serie ristretta di nanofili di nitruro di alluminio-gallio su scala nanometrica privi di dislocazioni su un substrato di silicio rivestito di titanio. È possibile estrarre più luce in modo efficiente grazie alla presenza di intercapedini d'aria tra i nanofili tramite diffusione. Il compromesso, tuttavia, è che gli array di nanofili hanno una superficie maggiore rispetto a una struttura planare. "A causa dell'ampio rapporto superficie-volume dei nanofili, le loro proprietà ottiche ed elettriche sono altamente sensibili all'ambiente circostante, " afferma Sun. "Stati e difetti superficiali porteranno a dispositivi a emissione di luce a bassa efficienza".

Sun e il team mostrano che il trattamento dei nanofili in una soluzione diluita di idrossido di potassio può sopprimere il riassorbimento superficiale rimuovendo i legami chimici penzolanti e prevenendo l'ossidazione. I loro risultati hanno mostrato che un trattamento di 30 secondi ha portato a un miglioramento del 49,7% nella potenza di uscita della luce ultravioletta rispetto a un dispositivo non trattato.

"Miriamo a migliorare le prestazioni del nostro dispositivo in diversi modi, " dice Sun. "Ad esempio, ottimizzeremo le condizioni di crescita dei nanofili, useremo strutture quantistiche nella regione attiva e utilizzeremo diversi substrati metallici per migliorare l'efficienza di estrazione della luce".