Está claro que en la actualidad la tecnología de iluminación ha experimentado toda una revolución con la adopción masiva de la tecnología LED, particularmente debido a sus ventajas en términos de eficiencia energética y reducción de costes. Sin embargo, la carrera hacia la optimización de estos dispositivos no ha concluido, especialmente cuando se trata de reproducir balances de color que sean visualmente agradables.
En este contexto, un estudio reciente de la Universidad de Osaka, publicado en la revista Applied Physics Letters, arroja luz sobre cómo las impurezas en los cristales de nitruro de galio (GaN), específicamente los átomos de carbono, afectan la eficiencia de los LEDs en la emisión de luz.
El rol del Nitruro de Galio en la tecnología LED
Los LEDs de Nitruro de Galio (GaN) se han popularizado ampliamente debido a su capacidad para emitir luz blanca y azul de manera eficiente, esencial en aplicaciones que van desde la iluminación doméstica hasta pantallas de alta definición.
Sin embargo, el rendimiento de estos dispositivos a menudo se ve comprometido por impurezas intrínsecas o defectos en su estructura cristalina. Estos defectos actúan como centros de recombinación no radiativa (NRC, por sus siglas en inglés), donde los electrones excitados regresan a un estado de baja energía sin emitir luz, resultando en una pérdida de energía potencial.
Avances en la comprensión y manipulación de las impurezas
La investigación liderada por Koshi Sano se centró en evaluar cómo la concentración de carbono en cristales de GaN afecta la cantidad de luz emitida. Mediante el uso de pruebas no destructivas y sin contacto en una esfera omnidireccional, los investigadores lograron capturar casi toda la luz emitida cuando se excitaba el material con un láser. Este enfoque permitió una medición precisa de la fotoluminiscencia y un análisis detallado de cómo los defectos, incluidos los átomos de carbono y las vacantes atómicas, influían en la eficiencia.
Resultados claves obtenidos
El estudio reveló que al reducir la concentración de carbono, se pueden mitigar los efectos negativos de los NRC intrínsecos y mejorar significativamente la eficiencia de los LEDs de GaN.
Por ejemplo, en muestras con baja concentración de carbono, los defectos intrínsecos eran los principales responsables de la disipación de energía. No obstante, cuando la concentración de carbono superaba el umbral de aproximadamente 3.5 × 10^14 átomos por centímetro cúbico, los átomos de carbono se convertían en el principal mecanismo de pérdida de energía. En estas condiciones, el estudio logró obtener una eficiencia cuántica interna del 21.7%, superando ampliamente el valor máximo anterior del 14.2%.
Implicaciones y Futuro de los LEDs de GaN
Los hallazgos del equipo de Osaka no solo destacan la importancia de controlar la pureza de los materiales en la fabricación de LEDs, sino que también proporcionan una ruta clara para futuras investigaciones y desarrollos que busquen maximizar la eficiencia de estos dispositivos. Como señaló Kazunobu Kojima, coautor del estudio, desarrollar dispositivos ópticos y electrónicos más eficientes es crucial para fomentar una sociedad sostenible.
Imagen de portada: Ilustración artística de un LED generada por DALL-E
