Investigadores del Grupo de Investigación Interdisciplinaria (IRG) de Sistemas Electrónicos de Baja Energía (LEES) de la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología (SMART), la empresa de investigación del MIT en Singapur, y colaboradores del MIT del Instituto de Technology (MIT), la Universidad Nacional de Singapur (NUS) y la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU) han descubierto una nueva forma de generar luz de longitud de onda larga (roja, naranja y amarilla) mediante el uso de defectos inherentes en materiales semiconductores que potencialmente podrían usarse como un emisor directo para fuentes de luz comerciales y dispositivos de visualización.
La tecnología supondría una mejora con respecto a los métodos actuales, como el uso de fósforos para convertir un color de luz en otro.
El LED de nitruro de galio (InGaN) es un diodo emisor de luz (LED) basado en el nitruro del tercer elemento. Se fabricó por primera vez hace más de 20 años en la década de 1990 y desde entonces ha seguido desarrollándose y haciéndose más. y más versátiles son cada vez más pequeños, al mismo tiempo que se vuelven más potentes, eficientes y duraderos. Hoy en día, los LED de InGaN se pueden encontrar en innumerables casos de uso industrial y de consumo, incluida la señalización y las comunicaciones ópticas y el almacenamiento de datos, y son fundamentales en aplicaciones de consumo de alta demanda, como iluminación de estado sólido, televisores, computadoras portátiles, dispositivos móviles, aumentada (AR). ) y soluciones de realidad virtual (VR).
La creciente demanda de este tipo de dispositivos electrónicos ha impulsado más de dos décadas de investigación en semiconductores para lograr una mayor salida de luz, confiabilidad, longevidad y versatilidad, lo que ha llevado a la búsqueda de dispositivos que puedan La necesidad de LED que emitan luz de diferentes colores. Tradicionalmente, los materiales InGaN se han utilizado en los LED modernos para producir luz violeta y azul, mientras que el fosfuro de aluminio y galio (AlGaInP), un tipo diferente de semiconductor, se utiliza para producir luz roja, naranja y amarilla. Esto se debe al bajo rendimiento de InGaN en el espectro rojo y ámbar, lo que resulta en una eficiencia reducida debido al mayor contenido de indio requerido.
Además, este tipo de LED de InGaN con una concentración de indio relativamente alta sigue siendo difícil de fabricar con estructuras semiconductoras tradicionales. Por lo tanto, crear dispositivos emisores de luz blanca totalmente de estado sólido, que requieren los tres colores primarios de luz, sigue siendo un objetivo inalcanzable.
Para abordar estos desafíos, los investigadores de SMART publicaron un artículo titulado "Light-emitting V-Pit: Alternative approach to lograr puntos cuánticos de indio y galio luminiscentes ricos en indio". En su artículo, los investigadores describen un método práctico para crear puntos cuánticos de InGaN con concentraciones mucho más altas de indio aprovechando defectos preexistentes en el material.
En este proceso, la condensación de los llamados hoyos en forma de V causada por dislocaciones naturales en el material forma directamente puntos cuánticos ricos en indio, islas de material que pueden emitir luz en longitudes de onda más largas. Al hacer crecer estas estructuras sobre sustratos de silicio convencionales, se elimina aún más la necesidad de sustratos estampados o no convencionales. Los investigadores también realizaron un mapeo compositivo de alta resolución espacial de puntos cuánticos de InGaN, proporcionando la primera confirmación visual de su morfología.
Además de la formación de puntos cuánticos, la nucleación de fallas apiladas -otro defecto intrínseco del cristal- promueve aún más la emisión en longitudes de onda más largas.
Jing-Yang Chung, estudiante de posgrado de SMART y autor principal del artículo, dijo: "Durante muchos años, los investigadores en el campo han tratado de resolver los diversos desafíos planteados por los defectos inherentes en el pozo cuántico de InGaN. En una novela En este enfoque, diseñamos un defecto de nanoagujero para lograr una plataforma para el crecimiento directo de puntos cuánticos de InGaN. Por lo tanto, nuestro trabajo demuestra la viabilidad de utilizar sustratos de silicio para nuevas estructuras ricas en indio para resolver la situación actual. De esta manera, el descubrimiento de SMART representa un paso hacia la reducción de la eficiencia del InGaN en la producción de luz roja, naranja y amarilla. Se ha dado un paso importante en esta cuestión. A su vez, este trabajo puede ayudar en el futuro desarrollo de matrices de micro-LED compuestas por un único material.
La Dra. Silvija Grade?ak, coautora e investigadora principal de LEES, añadió: "Nuestros hallazgos también tienen implicaciones ambientales. Por ejemplo, este avance podría conducir a una eliminación más rápida de los no- fuentes de iluminación de estado sólido, como lámparas incandescentes, e incluso los actuales LED InGaN azules recubiertos de fosfato, que utilizan soluciones de mezcla de colores totalmente de estado sólido, lo que lleva a reducciones significativas en el consumo de energía global".
CEO. y director ejecutivo de SMART "Nuestro trabajo también puede tener implicaciones más amplias para la industria de semiconductores y electrónica, ya que el nuevo método descrito aquí sigue los procedimientos de fabricación estándar de la industria y puede adoptarse e implementarse ampliamente a escala", dijo Eugene Fitzgerald, investigador principal de LEES. En una escala más amplia Además de los posibles beneficios ecológicos del ahorro de energía impulsado por InGaN, nuestros hallazgos también ayudarán al campo a continuar investigando y desarrollando nuevas estructuras eficientes de InGaN.