Los esfuerzos para optimizar el rendimiento de la tecnología LED están haciendo que los investigadores del KAUST estén estudiando cada aspecto del diseño, la fabricación y el funcionamiento de estos dispositivos. Si ya hace unos meses mostrabamos cómo habían logrado desarrollar LEDs rojo puros de bajo voltaje basados en InGaN que son estables, ahora publican una nueva investigación para evaluar los efectos del tamaño en las propiedades eléctricas y ópticas de los diodos emisores de luz roja basados en el InGaN.

El equipo liderado por Zhe Zhuang, Daisuke Iida, Kazuhiro Ohkawa del KAUST ha investigado los efectos del tamaño en las propiedades eléctricas y ópticas de los LED de luz roja basados en InGaN con diferentes dimensiones. En estudios anteriores, el  mismo equipo había logrado hacer crecer el InGaN, rico en indio y de alta calidad, para fabricar LEDs rojos usando las instalaciones de nanofabricación de los laboratorios centrales de KAUST. 

El equipo desarrolló excelentes contactos eléctricos transparentes usando una fina película de óxido de indio-estaño (ITO), que permite que la corriente pase a través de sus LED ámbar y rojo basados en el InGaN. “Hemos optimizado la fabricación de la película ITO para lograr una baja resistencia eléctrica y una alta transmitancia”. El equipo demostró que estas características mejoraron significativamente el rendimiento de los LED rojos de InGaN. También estudiaron cuidadosamente los LED rojos de InGaN de diferentes tamaños y a diferentes temperaturas. Los cambios de temperatura afectan a la potencia de la luz de salida y causan impresiones de color diferentes, lo que los hace cruciales para el rendimiento práctico del dispositivo.

Los resultados muestran como los chips más grandes exhibían menores voltajes debido a sus menores resistencias en serie. Un chip más grande ayudó a lograr una mayor longitud de onda de emisión y una mayor eficiencia cuántica externa. Sin embargo, las mediciones de electroluminiscencia dependientes de la temperatura indicaron que los chips más grandes son perjudiciales para las aplicaciones en las que se requiere una alta tolerancia a la temperatura. Por el contrario, un chip de LED rojo más pequeño alcanzó una alta temperatura característica de 399 K y una pequeña tendencia al desplazamiento hacia el rojo de 0,066 nm K-1, mostrando así el potencial para aplicaciones de iluminación tolerantes a la temperatura.

«Una desventaja crítica de los LED rojos de InGaP es que no son estables cuando funcionan a altas temperaturas», explica Zhuang. «Por lo tanto, creamos LEDs rojos de InGaN de diferentes diseños para realizar fuentes de InGaN de luz roja muy estables a altas temperaturas». Han desarrollado una estructura de LED rojo InGaN donde la potencia de salida es más estable que la de los LED rojos InGaP. Además, su cambio de color de emisión a altas temperaturas fue menos de la mitad de los que se hicieron con InGaP.

La búsqueda de un LED ROJO de InGaN

Los LED son fuentes ópticas hechas de semiconductores que ofrecen mejoras sobres las fuentes de luz convencionales en términos de ahorro de energía, menor tamaños, y mayor vida útil. Los LEDs pueden emitir a lo largo del espectro, desde el ultravioleta al azul (B), verde (G), rojo (R) y al infrarrojo. Y se pueden utilizar conjuntos de diminutos dispositivos RGB, los llamados micro-LEDs, para hacer pantallas de colores vivos, que podrían servir de base para la próxima generación de monitores y televisores.

Uno de los mayores desafíos que enfrenta el desarrollo de los microLED es integrar la luz roja, verde y azul en un solo chip de LED. Los actuales LEDs RGB se fabrican combinando dos tipos de materiales: los LEDs de luz roja están hechos de fosfuro de indio y galio (InGaP), mientras que los LEDs azules y verdes comprenden semiconductores de nitruro de indio y galio (InGaN). La integración de dos sistemas de materiales es difícil. “La creación de pantallas RGB requiere la transferencia de masa de los LEDs azules, verdes y rojos separados” explica el investigador de KAUST Zhe Zhuang. Una solución más fácil sería crear LEDs de diferentes colores en un solo chip semiconductor.

Dado que los semiconductores de InGaP no pueden emitir luz azul o verde, la única solución para hacer micro-LEDs RGB monolíticos es usar InGaN. Este material tiene el potencial de cambiar su emisión de azul a verde, amarillo y rojo introduciendo más indio en la mezcla. Y se ha predicho que los LED rojos de InGaN tienen un mejor rendimiento que los actuales de InGaP.

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