Investigadores de la alianza Singapur-MIT para la investigación y la tecnología (SMART, por sus siglas en inglés) han encontrado un método para cuantificar las distribuciones de las fluctuaciones compositivas en los pozos cuánticos de nitruro de galio de indio (InGaN) a diferentes concentraciones de Indio. Los hallazgos allanan el camino para el desarrollo de LEDs de próxima generación más eficientes que cubren todo el espectro visible.
Los diodos emisores de luz (LED) de InGaN han revolucionado el campo de la iluminación en estado sólido debido a su alta eficiencia, durabilidad, y bajos costes. El color de emisión del LED se puede cambiar variando la concentración de indio en el compuesto de InGaN con cantidades de indio relativamente bajas en comparación con el galio, para obtener LEDs azules, verdes y cian. Sin embargo, los LED con mayores concentraciones de indio, como los LED rojos y ámbar, sufren de una caída de eficiencia al aumentar la cantidad de indio.
Actualmente, los LED rojos y ámbar se fabrican utilizando el material de fosfuro de aluminio y galio indio (AlInGaP) en lugar de InGaN debido al bajo rendimiento de InGaN en el espectro rojo y ámbar causado por la caída de eficiencia. Comprender y superar la caída de eficiencia es el primer paso hacia el desarrollo de LED InGaN que cubran todo el espectro visible que reducirían significativamente los costes de producción.
Los resultados de la nueva investigación realizada por SMART, publicada recientemente en la prestigiosa revista científica Physical Review Materials, muestran un nuevo método multifacético para entender el origen de las fluctuaciones compositivas y su efecto potencial en la eficiencia de los LED InGaN. La determinación precisa de las fluctuaciones de composición es crítica para entender su papel en la reducción de la eficiencia en LED InGaN con composiciones de indio más altas.
“El origen de la caída de eficiencia experimentada en los LED InGaN de mayor concentración de indio aún se desconoce hasta la fecha. Es importante entender esta caída de eficiencia para crear soluciones que sean capaces de superarla. Para ello, hemos diseñado un método que es capaz de detectar y estudiar las fluctuaciones de composición en los pozos cuánticos de InGaN para determinar su papel en la caída de eficiencia”, explica la coautora e investigadora principal de SMART LEES, Silvija Gradecak.
Los investigadores desarrollaron un método multifacético para detectar fluctuaciones de composición de indio en los pozo cuánticos de InGaN utilizando una investigación sinérgica que combina métodos computacionales complementarios, caracterización avanzada a escala atómica y algoritmos autónomos para el procesamiento de imágenes.
“El método que desarrollamos puede aplicarse ampliamente y proporcionar un valor e impacto significativos en otros estudios de ciencia de materiales, donde las fluctuaciones compositivas atómicas juegan un papel importante en el rendimiento de los materiales”, explica el Dr. Pieremanuele Canepa, coautor del artículo e investigador principal de SMART LEES. “La comprensión de la distribución atómica de InGaN a diferentes concentraciones de indio es clave para desarrollar pantallas a todo color de próxima generación utilizando la plataforma LED InGaN”.
La investigación encontró que los átomos de indio se distribuyen aleatoriamente en un contenido de indio relativamente bajo en InGaN. Por otro lado, la separación parcial de fase se observa en un mayor contenido de indio InGaN, donde las fluctuaciones compositivas aleatorias son concurrentes con bolsas de regiones ricas en indio.
Los hallazgos avanzaron en la comprensión de la microestructura atómica del InGaN y su efecto potencial en el rendimiento de los LED, allanando el camino para futuras investigaciones para determinar el papel de las fluctuaciones de composición en la nueva generación de LED InGaN y diseñar estrategias para prevenir la degradación de estos dispositivos.
Créditos imagen: Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART)
