De voordelen van light-emitting diodes (LED's), zoals hun kleine formaat, lage kosten en uitstekende energie-efficiëntie, betekenen dat ze overal in het moderne leven te vinden zijn. Een KAUST-team heeft onlangs een manier ontwikkeld om een ​​witlicht-LED te produceren die een aantal kritieke uitdagingen overwint.

Knipperend weg op bijna elk modern elektronisch apparaat, LED's zenden berichten uit in hun eigen duidelijke kleur rood, groen of blauw. De kleur van een LED komt van een halfgeleider binnenin die uitzendt over een smal spectrum van optische golflengten. Het onvermogen van LED's om over een breder spectrum uit te stralen, beperkt hun gebruik in verlichtingstoepassingen - het uitstralen van een breder spectrum is nodig om wit licht te genereren - of voor displays die een breed palet van verschillende kleuren vereisen.

Een benadering om witlicht-LED's te fabriceren is het combineren van apparaten van verschillende materialen, waarbij elk materiaal een andere kleur uitstraalt. De uitstoot van rood, blauw en groen van de verschillende materialen kunnen worden gecombineerd om wit licht te creëren, maar dit verhoogt de complexiteit en de productiekosten van LED's. Alternatief, een enkele halfgeleider kan worden gebruikt door een fosfor te mengen die een deel van het door de halfgeleider uitgestraalde licht absorbeert en het vervolgens opnieuw uitstraalt in een andere kleur. Echter, fosfor degradeert na verloop van tijd, de nuttige levensduur van deze apparaten beperken.

Daisuke Iida en Kazuhiro Ohkawa's team hebben een manier bedacht om fosforvrije monolithische witlicht-LED's te bouwen met behulp van de halfgeleider indium galliumnitride.

De emissiekleur van indiumgalliumnitride hangt af van het relatieve gehalte van de indium- en galliumatomen. Bijvoorbeeld, galliumnitride straalt ultraviolet licht uit, maar het toevoegen van indium verschuift de emissie over het zichtbare spectrum en in het infrarood. De emissie kan verder worden gecontroleerd door zeer dunne lagen indium-galliumnitride met één samenstelling tussen twee lagen van verschillende samenstelling te plaatsen, het creëren van zogenaamde kwantumbronnen.

"Het unieke aan onze apparaten is dat we gebruik maken van materiaalfouten, of V-putstructuren, om de injectie van een stroom in de halfgeleider te verbeteren, ", zegt Iida. De LED's die door het KAUST-team zijn ontworpen, omvatten zowel blauwlicht-emitterende kwantumbronnen met een indiumgehalte van 20 procent en 34 procent indiumrode kwantumbronnen. Gecombineerd, deze monolithische LED straalt licht uit over het gehele zichtbare spectrum. Door de stroom die door het apparaat gaat te regelen, het team kon de emissie veranderen van warm wit naar natuurlijk wit en door naar koel wit.

"De volgende stap is het verbeteren van de emissie-efficiëntie van de rode emissiecomponent, " zegt Iida. "De rode emissie is een sleutelfactor van de hoge kleurweergave LED's met de natuurlijke witte emissie."