Små ljusavgivande enheter som kan skapa alla färger i regnbågen är viktiga för nästa generations telefoner och skärmar.

Ljusemitterande dioder i mikrometerskala (μLED) är den idealiska byggstenen för nästa generations mikroLED-skärmar som används i huvudmonterade monitorer, mobiltelefoner och tv-apparater eftersom de är ljusa, svara snabbt, ger lång livslängd och förbrukar lite energi. KAUST-forskare har visat att dessa förminskade enheter effektivt kan avge ljus över hela spektrat av synligt ljus.

Precis som med konventionella LED-skärmar, μLED-produkter i fullfärg kommer att kräva uppsättningar av blått, gröna och röda ljuskällor. Nitridbaserade legeringar är en grupp av halvledande material som erbjuder en väg för att uppnå detta eftersom, med rätt kemikalieblandning, de kan avge alla tre färgerna.

Dock, när nitridanordningar reduceras i storlek till mikrometerskalor, de blir mycket dåliga ljussändare. "Det största hindret för att minska storleken på enheterna är skadorna på sidoväggarna på LED-strukturen som genereras under tillverkningsprocessen, " förklarar doktorand Martin Velazquez-Rizo. "Defekter ger en elektrisk väg för en läckström som inte bidrar till ljusemissionen." Denna effekt blir värre när storleken på lysdioden krymper, vilket har begränsat LED-storleken till cirka 400 gånger 400 mikrometer.

Velazquez-Rizo, tillsammans med sina kollegor Zhe Zhuang, Daisuke Iida och Kazuhiro Ohkawa, har utvecklat ljusröda indiumgalliumnitridmikroljusemitterande dioder (µLED) på bara 17 × 17 mikrometer.

Teamet använde en noggrant kalibrerad atomavsättningsteknik för att skapa en 10 gånger 10 array av röda μLEDs. Skadan på μLED-sidoväggarna eliminerades sedan med en kemisk behandling. "Vi bekräftade med observationer i atomskala att sidoväggarna hade hög kristallinitet efter behandlingen, " säger Velazquez-Rizo. "Att utföra den här typen av observationer kräver specialiserade verktyg och provberedning." Och forskningsledaren Ohkawa håller med. "Utan denna mikroskopteknologi, vi kunde inte inse och bekräfta denna prestation."

De observerade mycket hög uteffekt på 1,76 milliwatt från varje kvadratmillimeter på enhetens yta – en anmärkningsvärd förbättring jämfört med tidigare enheter som rapporterade en uteffekt på mindre än 1 milliwatt per millimeter kvadrat. Teamet demonstrerade sedan sina röda μLEDs med gröna och blå indiumgalliumnitrid μLEDs för att skapa en enhet med brett färgområde.

"Nästa steg i vår forskning är att ytterligare förbättra effektiviteten hos våra μLEDs och minska deras laterala dimensioner under 10 mikrometer, säger Velazquez-Rizo.