Att göra rena röda lysdioder av nitridkristaller är ett mål som hittills har frustrerat ingenjörer. Dock, dessa lysdioder är viktiga för att bygga nästa generation av energieffektiva mikro-LED-skärmar för att följa OLED-skärmar och för att skapa belysning med färginställning. Nu, för första gången, ett team av elektriska ingenjörer på KAUST har lyckats göra dessa lysdioder.

"Elingenjörer kan redan göra ljusa lysdioder med olika material för att producera olika färger. Men för att förbättra displaytekniken, ingenjörer måste integrera de tre primära färg -lysdioderna, röd, grönt och blått, på ett chip, "förklarar Daisuke Iida, en elingenjör på KAUST. Det betyder att de måste hitta ett material som är lämpligt för tillverkning av alla tre färgerna. Materialet ska kunna producera varje färg med hög intensitet, och helst, den ska ha en hög effekt, men använder relativt lite batterispänning.

De bästa kandidaterna för att generera alla tre färgerna är en familj av föreningar som kallas nitridhalvledare. Dessa är kristaller som innehåller kväve som i teorin kan användas för att skapa lysdioder som producerar ljus med våglängder mellan ultraviolett och infrarött, som omfattar hela det synliga spektrumet. Ingenjörer använder vanligtvis galliumnitrid för att göra blå och gröna lysdioder, men de har kämpat för att göra ljusröda lysdioder med denna kristall. "Röd syn har varit nästan omöjlig - andra grupper har bara lyckats göra orange, inte äppelrött, säger gruppledare, Kazuhiro Ohkawa. "Nu, Vi har utvecklat ett kristalltillväxtsystem för att förverkliga rena röda lysdioder. "

Att ersätta en stor del av gallium med elementet indium ger önskad röd, men det är svårt att göra eftersom indium lätt avdunstar från kristallen. Så Iida, Ohkawa och kollegor skapade en reaktor med extra indiumånga över kristallens yta, en process som kallas metallorganisk ångfasavsättning. Detta extra tryck förhindrar att indium i kristallen flyr. "Detta ger oss en högre indiumkoncentration vid ytan, "säger Ohkawa." Det är vår hemlighet! "

Men det fanns ett annat hinder att övervinna. Indium består av större atomer än gallium, så när den introduceras, det skapar defekter i kristallen, försämra kvaliteten på utgående ljus. Lagets trick var att även lägga till aluminium, som har små atomer. "Introduktionen av de små atomerna minskar belastningen på kristallen, resulterar i färre kristalldefekter, säger Iida.

"En annan fördel är att lysdioderna arbetar med ungefär halva spänningen från sina konkurrenter, "säger Ohkawa." Detta kommer att ge dig en längre livslängd för batterier. "