Fördelarna med lysdioder (LED), som deras lilla storlek, låg kostnad och utmärkt energieffektivitet, betyder att de finns överallt i det moderna livet. Ett KAUST-team har nyligen utvecklat ett sätt att producera en LED med vitt ljus som övervinner några kritiska utmaningar.

Blinkar bort på nästan alla moderna elektroniska enheter, Lysdioder sänder meddelanden i sin egen distinkta röda nyans, grön eller blå. Färgen på en LED kommer från en halvledare inuti som avger över ett smalt spektrum av optiska våglängder. Oförmågan hos lysdioder att sända ut över ett bredare spektrum begränsar deras användning i belysningstillämpningar - att avge ett bredare spektrum är nödvändigt för att generera vitt ljus - eller för skärmar som kräver en bred palett av olika färger.

Ett sätt att tillverka LED-lampor med vitt ljus är att kombinera enheter av olika material, där varje material avger olika färger. Utsläpp av rött, blått och grönt från de olika materialen kan kombineras för att skapa vitt ljus, men detta ökar komplexiteten och kostnaden för tillverkning av lysdioder. Alternativt en enda halvledare kan användas genom att blanda i en fosfor som absorberar en del av ljuset som sänds ut av halvledaren och sedan återutsänder det som en annan färg. Dock, fosfor bryts ner med tiden, begränsa livslängden för dessa enheter.

Daisuke Iida och Kazuhiro Ohkawas team har utarbetat ett sätt att bygga fosforfria monolitiska lysdioder med vitt ljus med hjälp av halvledaren indiumgalliumnitrid.

Emissionsfärgen för indiumgalliumnitrid beror på det relativa innehållet av indium- och galliumatomerna. Till exempel, galliumnitrid avger ultraviolett ljus, men tillsats av indium förskjuter emissionen över det synliga spektrumet och in i det infraröda. Emissionen kan kontrolleras ytterligare genom att lägga mycket tunna lager av indiumgalliumnitrid med en sammansättning mellan två lager med olika sammansättning, skapa så kallade kvantbrunnar.

"Det unika med våra enheter är att vi använder materialdefekter, eller V-pit strukturer, för att förbättra insprutningen av en ström i halvledaren, " säger Iida. Lysdioderna designade av KAUST-teamet inkluderade både blåljusemitterande kvantbrunnar med 20 procent indiumhalt och 34 procent indiumröda kvantbrunnar. denna monolitiska LED avger ljus över hela det synliga spektrumet. Genom att kontrollera strömmen som passerar genom enheten, teamet kunde ändra emissionen från en varmvit till en naturlig vit och genom till en kall vit.

"Nästa steg är att förbättra utsläppseffektiviteten för den röda utsläppskomponenten, " säger Iida. "Den röda emissionen är en nyckelfaktor för lysdioderna med hög färgåtergivning med den naturliga vita emissionen."