Kleine lichtgevende apparaten die alle kleuren in de regenboog kunnen creëren, zijn essentieel voor de volgende generatie telefoons en schermen.

Light-emitting diodes (μLED's) op micrometerschaal zijn de ideale bouwsteen voor microLED-displays van de volgende generatie die worden gebruikt in op het hoofd gemonteerde monitoren, mobiele telefoons en televisies omdat ze helder zijn, antwoord snel, gaan lang mee en verbruiken weinig energie. KAUST-onderzoekers hebben aangetoond dat deze verkleinde apparaten efficiënt licht kunnen uitstralen over het hele spectrum van zichtbaar licht.

Net als bij conventionele LED-displays, full-color μLEDs-producten vereisen arrays van blauwe, groene en rode lichtbronnen. Op nitride gebaseerde legeringen zijn een groep halfgeleidende materialen die één manier bieden om dit te bereiken omdat, met de juiste chemische mix, ze kunnen alle drie de kleuren uitstralen.

Echter, wanneer nitride-apparaten worden verkleind tot micrometerschalen, ze worden zeer slechte lichtstralers. "Het belangrijkste obstakel voor het verkleinen van de apparaten is de schade aan de zijwanden van de LED-structuur die tijdens het fabricageproces wordt gegenereerd, " legt promovendus Martin Velazquez-Rizo uit. "Defecten zorgen voor een elektrisch pad voor een lekstroom die niet bijdraagt ​​aan de lichtemissie." Dit effect wordt erger naarmate de grootte van de LED krimpt, waardoor de LED-afmetingen zijn beperkt tot ongeveer 400 bij 400 micrometer.

Velázquez-Rizo, samen met zijn collega's Zhe Zhuang, Daisuke Iida en Kazuhiro Ohkawa, hebben heldere rode indium gallium nitride microlight-emitting diodes (µLED's) van slechts 17 × 17 micrometer ontwikkeld.

Het team gebruikte een grondig gekalibreerde atoomdepositietechniek om een ​​reeks rode μLED's van 10 bij 10 te creëren. De schade aan de μLED-zijwanden is vervolgens met een chemische behandeling verholpen. "We bevestigden met waarnemingen op atomaire schaal dat de zijwanden een hoge kristalliniteit hadden na de behandeling, ", zegt Velazquez-Rizo. "Het uitvoeren van dit soort observatie vereist gespecialiseerde hulpmiddelen en monstervoorbereiding." En de leider van het onderzoek Ohkawa is het daarmee eens. "Zonder deze microscooptechnologie, we konden deze prestatie niet realiseren en bevestigen."

Ze observeerden een zeer hoog uitgangsvermogen van 1,76 milliwatt van elke vierkante millimeter op het oppervlak van het apparaat - een opmerkelijke verbetering ten opzichte van eerdere apparaten die een uitgangsvermogen rapporteerden van minder dan 1 milliwatt per vierkante millimeter. Het team demonstreerde vervolgens hun rode μLED's met groene en blauwe indium-galliumnitride-LED's om een ​​apparaat met een breed kleurenbereik te creëren.

"De volgende stap in ons onderzoek is om de efficiëntie van onze μLED's verder te verbeteren en hun laterale afmetingen te verkleinen tot minder dan 10 micrometer, ", zegt Velázquez-Rizo.