Optimera geometrin, tillverkning och elektriska kontakter är avgörande för att maximera effektiviteten hos lysdioden. Kredit:Zhuag et al.
Nya röda lysdioder är mer temperaturstabila än de som tillverkas med den konventionella halvledaren.
I ansträngningar att optimera prestanda för lysdioder (LED), King Abdullah University of Science and Technology forskare tittar på varje aspekt av designen, tillverkning och drift av dessa enheter. Nu, de har lyckats tillverka röda lysdioder, baserad på den naturligt blåemitterande halvledaren indiumgalliumnitrid, som är lika stabila som de som är baserade på indiumgalliumfosfid.
Lysdioder är optiska källor gjorda av halvledare som erbjuder förbättringar jämfört med konventionella synliga ljuskällor när det gäller energibesparing, mindre storlek och längre livslängd. Lysdioder kan sända ut över hela spektrumet, från ultraviolett till blått (B), grön (G), röd (R) och in i det infraröda. Och mängder av små RGB-enheter, så kallade mikro-LED, kan användas för att göra skärmar med livfulla färger, som skulle kunna underbygga nästa generations bildskärmar och tv-apparater.
En stor utmaning för utvecklingen av microLEDs är att integrera rött, grönt och blått ljus till ett enda LED-chip. Nuvarande RGB-lysdioder är gjorda genom att kombinera två typer av material:lysdioder med rött ljus är gjorda av indiumgalliumfosfid (InGaP), medan blå och gröna lysdioder består av indiumgalliumnitrid (InGaN) halvledare. Att integrera två materialsystem är svårt. "Att skapa RGB-skärmar kräver massöverföring av den separata blå, gröna och röda lysdioder tillsammans, " säger KAUST-forskaren Zhe Zhuang. En enklare lösning skulle vara att skapa olikfärgade lysdioder på ett enda halvledarchip.
Teamet utvecklade en InGaN röd LED-struktur där uteffekten är mer stabil än den för InGaP röda LED. Kredit: Zhe Zhuang
Eftersom InGaP-halvledare inte kan avge blått eller grönt ljus, den enda lösningen för att göra monolitiska RGB mikro-LED:er är att använda InGaN. Detta material har potential att flytta utsläppet från blått till grönt, gul och röd genom att införa mer indium i blandningen. Och InGaN röda lysdioder har förutspåtts ha bättre prestanda än de nuvarande InGaP.
Zhuang, Daisuke Iida, Kazuhiro Ohkawa och deras kollegor har lyckats odla högkvalitativt indiumrikt InGaN för att tillverka röda lysdioder med hjälp av nanotillverkningsfaciliteterna på KAUST Core Labs.
Teamet utvecklade också utmärkta transparenta elektriska kontakter med hjälp av en tunn film av indium-tenn-oxid (ITO)1, vilket gör att en ström kan passera genom deras InGaN-baserade bärnstensfärgade och röda lysdioder. "Vi har optimerat tillverkningen av ITO-filmen för att uppnå lågt elektriskt motstånd och hög transmittans." Teamet visade att dessa egenskaper avsevärt förbättrade prestandan hos InGaN röda lysdioder.
De studerade också noggrant InGaN röda lysdioder av olika storlekar och vid olika temperaturer. Förändringar i temperatur påverkar utgående ljusstyrka och orsakar olika färgintryck, vilket gör dem avgörande för den praktiska enhetens prestanda.
"En kritisk nackdel med InGaP röda lysdioder är att de inte är stabila när de används vid höga temperaturer, " förklarar Zhuang. "Därför, vi skapade InGaN röda lysdioder av olika design för att realisera mycket stabila InGaN-källor med rött ljus vid höga temperaturer." De har utvecklat en InGaN röd LED-struktur där uteffekten är mer stabil än den för InGaP röda lysdioder2. dess emissionsfärgskiftning vid höga temperaturer var mindre än hälften av de som gjordes med InGaP.
