Een nieuwe micro-light-emitting diode (micro-LED), ontwikkeld bij KAUST, kan efficiënt puur rood licht uitstralen en kan helpen bij de zoektocht naar de ontwikkeling van full-color displays op basis van slechts een enkele halfgeleider.

Micro-LED's zijn een veelbelovende technologie voor de volgende generatie displays. Ze hebben het voordeel dat ze energiezuinig en erg klein zijn. Maar elke LED kan alleen licht uitstralen over een beperkt aantal kleuren. Een slimme oplossing is om apparaten te maken die veel verschillende LED's combineren, elk met een andere kleur. Full-color microdisplays kunnen worden gemaakt door rood, groene en blauwe (RGB) micro-LED's. Nutsvoorzieningen, een KAUST-team van Zhe Zhuang, Daisuke Iida en Kazuhiro Ohkawa hebben gewerkt aan de ontwikkeling van een efficiëntere rode LED.

De emissiekleur van een LED wordt bepaald door de materiaaleigenschappen van de halfgeleider. Bijvoorbeeld, nitridehalfgeleiders kunnen worden gebruikt om blauwe en groene micro-LED's te maken, terwijl fosfidehalfgeleiders worden gebruikt voor rood licht. Maar het op deze manier combineren van verschillende halfgeleiders maakt de constructie van RGB-micro-LED's moeilijker en duurder. Daarnaast, de efficiëntie van fosfide micro-LED's neemt aanzienlijk af naarmate de chip kleiner wordt.

Indium-galliumnitride dat rood licht uitstraalt, kan worden gemaakt door het indiumgehalte van de materialen te verhogen. Maar dit heeft de neiging om de efficiëntie van de resulterende LED te verlagen omdat er een mismatch is tussen de scheiding van atomen in de GaN en InGaN, die onvolkomenheden op atomair niveau veroorzaakt. Bovendien, schade aan de zijwanden van een InGaN micro-LED veroorzaakt tijdens het fabricageproces maakt het nieuwe apparaat minder efficiënt. "Maar we hebben een chemische behandeling ondergaan om de schade te verwijderen en de hoge kristalkwaliteit van de InGaN- en GaN-zijwandinterface te behouden, " legt Zhuang uit.

Het team van Zhang creëerde en karakteriseerde een reeks vierkante apparaten met een zijlengte van 98 of 47 micrometer. Hun 47 micrometer lange apparaten die licht uitstralen met een piekgolflengte van 626 nanometer, bleken een externe kwantumefficiëntie te hebben - het aantal fotonen dat door de LED wordt uitgezonden per elektron dat in het apparaat wordt geïnjecteerd - tot ongeveer 0,87 procent. Ook, de kleurzuiverheid van de rode micro-LED is optimaal omdat deze zeer dicht bij de primaire rode kleur ligt die wordt gedefinieerd door de industriële standaard die bekend staat als Rec. 2020.

"De volgende stap is om de efficiëntie van de rode micro-LED te verhogen met nog kleinere chipformaten, misschien onder de 20 micrometer, ", zegt Zhuang. "Dan hopen we RGB-LED's op nitridebasis te integreren voor full-color displays."