En teknik för att minska förlusten av ljus vid ytan av halvledarnanostrukturer har demonstrerats av forskare vid KAUST. Vissa material kan effektivt omvandla elektronerna i en elektrisk ström till ljus. Dessa så kallade halvledare används för att skapa lysdioder eller lysdioder:små, ljus, energieffektiva, långvariga enheter som blir allt vanligare i både belysnings- och displayapplikationer.

Färgen, eller våglängd, av det utsända ljuset kan bestämmas genom att välja lämpligt material. Gallium arsenid, till exempel, avger övervägande infrarött ljus. För kortare våglängder som rör sig in i det blå eller ultravioletta området av spektrumet, forskare har vänt sig till galliumnitrid. Sedan, för att ställa in emissionsvåglängden, aluminium kan läggas till, som ändrar avståndet mellan atomerna och ökar energibandgapet.

Dock, Många faktorer förhindrar att all strålning som skapas i halvledaren kommer ut från enheten för att fungera som en effektiv ljuskälla. För det första, de flesta halvledande material har ett högt brytningsindex, vilket gör att halvledar-luftgränssnitten blir mycket reflekterade – vid vissa vinklar studsar allt ljus bakåt i en process som kallas total intern reflektivitet. En andra begränsning är att brister i ytan fungerar som fällor som reabsorberar ljuset innan det kan fly.

Postdoc Haiding Sun och hans KAUST -kollegor, inklusive hans handledare, biträdande professor Xiaohang Li, Prof. Boon Ooi och biträdande professor Iman Roqan, har utvecklat lysdioder som består av en snäv uppsättning dislokationsfria nanometerskala aluminium-gallium-nitrid nanotrådar på ett titanbelagt kiselsubstrat. Mer ljus kan extraheras effektivt på grund av förekomsten av luftgap mellan nanotrådar via spridning. Avvägningen är dock att arrayer av nanotrådar har en större yta än en plan struktur. "På grund av det stora förhållandet mellan yta och volym av nanotrådar, deras optiska och elektriska egenskaper är mycket känsliga för sin omgivning, "säger Sun." Yttillstånd och defekter leder till lågeffektiva ljusemitterande enheter. "

Sun och teamet visar att behandling av nanotrådarna i en utspädd kaliumhydroxidlösning kan undertrycka ytreabsorptionen genom att ta bort dinglande kemiska bindningar och förhindra oxidation. Deras resultat visade att en 30 sekunders behandling ledde till en 49,7 procents förbättring av uteffekten för ultraviolett ljus jämfört med en obehandlad enhet.

"Vi strävar efter att förbättra vår enhets prestanda på flera sätt, " säger Sun. "T.ex. vi kommer att optimera tillväxtförhållandena för nanotrådar, vi kommer att använda kvantbrunnsstrukturer i den aktiva regionen och vi kommer att använda olika metallsubstrat för att förbättra ljusextraktionseffektiviteten."