Het maken van pure rode LED's van nitridekristallen is een doel dat ingenieurs tot nu toe heeft gefrustreerd. Echter, deze LED's zijn van vitaal belang voor het bouwen van de volgende generatie energiezuinige micro-LED-displays om OLED-displays te volgen en voor het creëren van verlichting met kleurafstemming. Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, een team van elektrotechnici van KAUST is erin geslaagd deze leds te maken.

"Elektrotechnici kunnen al heldere LED's maken met verschillende materialen om verschillende kleuren te produceren. Maar om de weergavetechnologieën te verbeteren, ingenieurs moeten de drie primaire kleuren-LED's integreren, rood, groen en blauw, op één chip, " legt Daisuk Iida uit, een elektrotechnisch ingenieur bij KAUST. Dit betekent dat ze één materiaal moeten vinden dat geschikt is om alle drie de kleuren te vervaardigen. Het materiaal moet elke kleur met een hoge intensiteit kunnen produceren, en idealiter, het moet een hoog vermogen hebben, maar gebruik relatief weinig batterijspanning.

De beste kandidaten voor het genereren van alle drie de kleuren zijn een familie van verbindingen die nitridehalfgeleiders worden genoemd. Dit zijn kristallen met stikstof die in theorie kunnen worden gebruikt om LED's te maken die licht produceren met golflengten tussen ultraviolet en infrarood, die het gehele zichtbare spectrum omvat. Ingenieurs gebruiken meestal galliumnitride om blauwe en groene LED's te maken, maar ze hebben geworsteld om heldere rode LED's te maken met dit kristal. "Rood zien was bijna onmogelijk - andere groepen zijn er alleen echt in geslaagd om oranje te maken, niet appelrood, " zegt groepsleider, Kazuhiro Ohkawa. "Nutsvoorzieningen, we hebben een kristalgroeisysteem ontwikkeld om pure rode LED's te realiseren."

Het vervangen van een groot deel van het gallium door het element indium geeft het gewenste rood, maar het is moeilijk om te doen omdat indium gemakkelijk uit het kristal verdampt. Dus Iida, Ohkawa en collega's creëerden een reactor met extra indiumdamp boven het kristaloppervlak, een proces dat bekend staat als metaal-organische dampfase-afzetting. Deze extra druk voorkomt dat het indium in het kristal ontsnapt. "Dit geeft ons een hogere indiumconcentratie aan het oppervlak, "zegt Ohkawa. "Dat is ons geheim!"

Maar er was nog een hindernis die overwonnen moest worden. Indium is gemaakt van grotere atomen dan gallium, dus als het wordt geïntroduceerd, het veroorzaakt defecten in het kristal, verslechtering van de kwaliteit van het uitgangslicht. De truc van het team was om ook aluminium toe te voegen, die kleine atomen heeft. "De introductie van de kleine atomen vermindert de belasting van het kristal, wat resulteert in minder kristaldefecten, ' zegt Iida.

"Een ander voordeel is dat de LED's op ongeveer de helft van de spanning van zijn concurrenten werken, "zegt Ohkawa. "Hierdoor gaan batterijen langer mee."