Nieuwe rode LED's zijn temperatuurstabieler dan die gemaakt met de conventionele halfgeleider naar keuze.

Bij pogingen om de prestaties van light-emitting diodes (LED's) te optimaliseren, Onderzoekers van de King Abdullah University of Science and Technology kijken naar elk aspect van het ontwerp, fabricage en bediening van deze apparaten. Nutsvoorzieningen, ze zijn erin geslaagd rode leds te fabriceren, gebaseerd op het natuurlijk blauw emitterende halfgeleider indium gallium nitride, die even stabiel zijn als die op basis van indiumgalliumfosfide.

LED's zijn optische bronnen gemaakt van halfgeleiders die verbeteringen bieden ten opzichte van conventionele bronnen van zichtbaar licht op het gebied van energiebesparing, kleiner formaat en langere levensduur. LED's kunnen over het hele spectrum uitstralen, van ultraviolet naar blauw (B), groen (G), rood (R) en in het infrarood. En arrays van kleine RGB-apparaten, zogenaamde micro-LED's, kan worden gebruikt om displays met levendige kleuren te maken, die de volgende generatie monitoren en televisies zouden kunnen ondersteunen.

Een grote uitdaging voor de ontwikkeling van microLED's is het integreren van rode, groen en blauw licht in een enkele LED-chip. Huidige RGB-LED's worden gemaakt door twee soorten materialen te combineren:roodlicht-LED's zijn gemaakt van indium-galliumfosfide (InGaP), terwijl blauwe en groene LED's bestaan ​​uit indium gallium nitride (InGaN) halfgeleiders. Het integreren van twee materiaalsystemen is moeilijk. "Het maken van RGB-schermen vereist de massaoverdracht van de afzonderlijke blauwe, groene en rode LED's samen, ", zegt KAUST-onderzoeker Zhe Zhuang. Een eenvoudigere oplossing zou zijn om LED's met verschillende kleuren allemaal op een enkele halfgeleiderchip te maken.

Aangezien InGaP-halfgeleiders geen blauw of groen licht kunnen uitstralen, de enige oplossing voor het maken van monolithische RGB-micro-LED's is het gebruik van InGaN. Dit materiaal heeft het potentieel om zijn emissie te verschuiven van blauw naar groen, geel en rood door meer indium aan de mix toe te voegen. En er is voorspeld dat rode InGaN-leds betere prestaties leveren dan de huidige InGaP-leds.

Zhuang, Daisuk Iida, Kazuhiro Ohkawa en hun collega's zijn erin geslaagd om indiumrijk InGaN van hoge kwaliteit te kweken om rode LED's te fabriceren met behulp van de nanofabricagefaciliteiten in de KAUST Core Labs.

Het team ontwikkelde ook uitstekende transparante elektrische contacten met behulp van een dunne film van indium-tin-oxide (ITO)1, waardoor een stroom door hun op InGaN gebaseerde amberkleurige en rode LED's kan gaan. "We hebben de fabricage van de ITO-film geoptimaliseerd om een ​​lage elektrische weerstand en een hoge transmissie te realiseren." Het team toonde aan dat deze kenmerken de prestaties van rode InGaN-leds aanzienlijk verbeterden.

Ze bestudeerden ook zorgvuldig InGaN rode LED's van verschillende groottes en bij verschillende temperaturen. Veranderingen in temperatuur beïnvloeden het uitgangslichtvermogen en veroorzaken verschillende kleurindrukken, waardoor ze cruciaal zijn voor praktische apparaatprestaties.

"Een kritisch nadeel van InGaP rode LED's is dat ze niet stabiel zijn bij gebruik bij hoge temperaturen, " legt Zhuang uit. "Daarom, we hebben InGaN rode LED's van verschillende ontwerpen gemaakt om zeer stabiele roodlicht InGaN-bronnen bij hoge temperaturen te realiseren." Ze hebben een InGaN rode LED-structuur ontwikkeld waarbij het uitgangsvermogen stabieler is dan dat van InGaP rode LED's2. de emissiekleurverschuiving bij hoge temperaturen was minder dan de helft van die met InGaP.