Los LED basados en Nitruro de Indio y Galio (InGaN) tienen una mayor eficiencia de luminiscencia que otros materiales utilizados para el desarrolllo de LED azules y verdes a pesar de su densidad de dislocación relativamente alta. La teoría de la localización se ha utilizado para explicar este fenómeno, pero la observación directa de los estados de localización en la región activa del InGaN rara vez se han reportado. 

Ahora un equipo de investigadores informan de una nueva estructura de LED InGaN, con alta eficiencia de luminiscencia, y que permite observar de forma directa la transición de los portadores entre diferentes estados de localización. Esto estados de localización fueron confirmaron por fotoluminiscencia dependiente de la temperatura y fotoluminiscencia dependiente del poder de excitación. Los resultados ofrecer un medio muy prometedor para el desarrollo de LEDs de alta luminiscencia. 

LEDs InGaN de alta luminiscencia

En la última década del siglo XX, los LED basados en InGaN experimentaron un rápido desarrollo, y ahora son la tecnología dominante utilizada para el desarrollo de toda la iluminación en estado sólido. La eficiencia cuántica externa (EQE) de los LED azules ya es tan alta, con valores del 75%. Sin embargo, el mecanismo de emisión de los materiales InGaN sigue siendo controvertido. 

La teoría de los estados de localización se usa comúnmente para explicar la alta eficiencia de luminiscencia obtenida a través de la gran cantidad de dislocaciones dentro de los materiales InGaN. Estos estados de localización son los estados mínimos de energía que se creen que existen dentro de la región del pozo cuántico del InGaN (valores de energía discretos), pero que hasta ahora era difícil de observar de forma directa. 

“Basados principalmente en las fluctuaciones del contenido de indio, exploramos los ‘mínimos de energía’ que permanecen dentro de la región del pozo cuántico InGaN”, explica Yangfeng Li, autor principal de la investigación y ahora becario postdoctoral en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong. “Tales mínimos de energía capturarán los portadores de carga (electrones y agujeros) y evitarán que sean capturados por defectos (dislocaciones). Esto significa que la eficiencia de emisión se ve menos afectada por la gran cantidad de defectos”. 

La observación directa del grupo de estados de localización es un descubrimiento importante para el futuro de los LED, ya que verifica su existencia, contestando a una pregunta científica que permanecía abierta hasta la fecha. 

“La segregación del indio puede ser una de las razones que causan los estados de localización”, añade Li. “Debido a su existencia, los portadores de carga se capturarán principalmente en estos estados más que por defectos de recombinación no radiativos. Esto mejora la alta eficiencia de luminiscencia de los LED”. 

Según los espectros de electroluminiscencia del grupo, «la muestra de InGaN con estados de localización más fuertes proporciona una mejora de más del doble en cuanto a salida de luz en las mismas condiciones de inyección de corriente que las muestras de estados de localización más débiles», dijo Li.

Este trabajo de investigación puede servir como referencia para la mejora de las propiedades de emisión de los materiales InGaN para su uso en la fabricación de LED y diodos láser.

Los investigadores planean continuar explorando materiales y dispositivos relacionados con el nitruro de galio «no solo para obtener una mejor comprensión de sus localizaciones sino también de las propiedades de los puntos cuánticos InGaN, que son partículas semiconductoras con posibles aplicaciones en células solares y electrónica», dijo Li. «Esperamos que otros investigadores también realicen estudios teóricos en profundidad de los estados de localización».