Un grupo de físicos del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNyN) de la Universidad Nacional de México (UNAM), estudian cómo mejorar el rendimiento de la capa fina para producir LEDs.

Aunque los LEDs son eficientes y se producen en varios colores, en el campus Ensenada de la UNAM, los físicos Leonardo Morales de la Garza, Noboru Takeuchi y Óscar Edel Contreras López, indagan a nivel teórico y experimental cómo mejorar estos dispositivos fabricados con base de películas de nitruro de galio, para que sean más duraderos y eficientes.

Mejorar el crecimiento del nitruro de galio

Los investigadores centran su estudio en las capas finas de nitruro de galio, un material semiconductor que emite luz y que junto con el silicio y el nitruro de aluminio, forma parte de la estructura de los LEDs. Sobre una oblea de silicio (de las que se usan para hacer los chips) se coloca una o varias capas de nitruro de aluminio, que funcionan como una especie de colchoneta en la que se deposita la capa del nitruro de galio. Al poner un potencial pequeño, el nitruro de galio emite una luz que es la base para hacer LEDs cuyo color dependerá del elemento y cantidad del dopaje que se ponga.

“La idea de estos estudios es mejorar el crecimiento de esas capas para que los dispositivos duren más y se pueda desarrollar una nueva generación de LEDs más eficientes”, detalló Morales de la Garza. Su primer estudio es básico y trata de entender el mecanismo con que crecen los nitruros de galio, pues al hacerlo sus capas desarrollan defectos cristalinos o dislocaciones, lo que ocasiona que la película no sea continua y esto afecte la emisión de luz y dote al LED de una vida corta.
A nivel experimental, su colega Óscar Edel Contreras hace crecer estas películas dentro de una cámara de alto vacío y luego las caracteriza por microscopía electrónica de transmisión, para observar a nivel atómico cómo se desarrollan y que defectos presentan.

Teoría de la tensión de los átomos
En el campo teórico, Morales de la Garza y Takeuchi consideran que la deformación es causada por una “tensión” entre los átomos, debido a la diferencia en el parámetro o tamaño de la red en las interfaces de nitruro de aluminio y nitruro de galio.
“Los cálculos que hemos hecho señalan que hay una tensión entre los átomos al crecer, la que provoca que se rompa la estructura en un periodo de cuatro celdas unitarias. La cuestión es cómo evitar esa tensión atómica, para que las celdas se mantengan contenidas y las capas de nitruro de galio crezcan sin el defecto del rompimiento, lo que favorece una mejor emisión de luz”, apuntó Morales de la Garza. En su búsqueda de la solución, los científicos probarán la estructura en diferentes superficies cristalográficas. Según comenta Morales, “Otra opción es tratar experimentalmente con el nitruro de aluminio, que tiene un parámetro de red diferente, para evitar la tensión atómica”. El rol del nitruro de aluminio es evitar que haya un rompimiento en el crecimiento del galio, pero aún hay una diferencia en la red que provoca las deformaciones. “Se han mejorado estos dispositivos, pero estamos en la ruta hacia una nueva generación”, finalizó.