En ny mikroljusemitterande diod (mikro-LED) utvecklad på KAUST kan effektivt avge rent rött ljus och kan hjälpa till i strävan att utveckla fullfärgsskärmar baserade på bara en enda halvledare.

Mikro-LED är en lovande teknik för nästa generations bildskärmar. De har fördelen att de är energieffektiva och väldigt små. Men varje lysdiod kan bara avge ljus över ett smalt färgintervall. En smart lösning är att skapa enheter som kombinerar många olika lysdioder, var och en avger en annan färg. Fullfärgsmikroskärmar kan skapas genom att kombinera rött, gröna och blå (RGB) mikro-LED. Nu, ett KAUST-team av Zhe Zhuang, Daisuke Iida och Kazuhiro Ohkawa har arbetat för att utveckla en effektivare röd LED.

Emissionsfärgen på en lysdiod bestäms av halvledarens materialegenskaper. Till exempel, nitridhalvledare kan användas för att göra blå och gröna mikro-LED, medan fosfidhalvledare används för rött ljus. Men att kombinera olika halvledare på detta sätt gör konstruktion av RGB-mikro-lysdioder svårare och dyrare. Förutom, effektiviteten hos fosfidmikro-LED minskar avsevärt med krympande chipstorlek.

Rödljusavgivande indiumgalliumnitrid kan skapas genom att öka materialens indiumhalt. Men detta tenderar att sänka effektiviteten hos den resulterande lysdioden eftersom det finns en obalans mellan separationen av atomer i GaN och InGaN, vilket orsakar ofullkomligheter på atomnivå. Dessutom, skador på sidoväggarna på en InGaN mikro-LED som induceras under tillverkningsprocessen gör den nya enheten mindre effektiv. "Men vi har en kemisk behandling för att ta bort skadan och behålla den höga kristallkvaliteten hos InGaN och GaN sidoväggsgränssnitt, " förklarar Zhuang.

Zhangs team skapade och karakteriserade en serie fyrkantiga enheter med en sidolängd på 98 eller 47 mikrometer. Deras 47 mikrometer långa enheter som avger ljus vid en toppvåglängd på 626 nanometer visade sig ha en extern kvanteffektivitet-antalet fotoner som avges från lysdioden per elektron injicerad i enheten-på upp till cirka 0,87 procent. Också, färgrenheten hos den röda mikro-LED:n är optimal eftersom den ligger mycket nära den primära röda färgen som definieras av den industriella standarden som kallas Rec. 2020.

"Nästa steg är att öka effektiviteten hos den röda mikro-LED med ännu mindre chipstorlekar, kanske under 20 mikrometer, ", säger Zhuang. "Då hoppas vi kunna integrera RGB-nitridbaserade lysdioder för fullfärgsskärmar."