Hacer LEDs rojos puros a partir de cristales de nitruro es un objetivo que hasta ahora ha frustrado a los investigadores. Sin embargo, estos LEDs son vitales para el desarrollo de la próxima generación de pantallas micro-led de bajo consumo, y para crear iluminación general con ajustes de color. Ahora, por primera vez, un equipo de ingenieros eléctricos de Kaust han tenido éxito en la fabricación de estos LED.
“Actualmente ya se pueden desarrollar LED brillantes de diferentes colores usando varios materiales. Pero para mejorar la actual tecnología en pantallas o iluminación con ajustes de color, los ingenieros deben integrar LED de colores primarios, rojo, verde y azul, en un solo chip. Esto significa que se tiene que encontrar un material que sea adecuado para fabricar los tres colores. Este material debe ser capaz de producir cada color con alta intensidad, e idealmente, debe tener una alta salida de potencia, pero usar relativamente poco voltaje de batería”, explica Daisuke Iida, ingeniero eléctrico en KAUST
Los mejores candidatos para generar los tres colores son una familia de compuestos llamados semiconductores de nitruro. Estos son cristales que contienen nitrógeno y que en teoría pueden se utilizados para crear LEDs que producen luz con longitudes de onda entre el ultravioleta y el infrarrojo, lo que incluye todo el espectro visible. Normalmente se suele utilizar el nitruro de galio para fabricar LED azules y verdes, pero se han tenido dificultades para obtener LED rojos brillantes con este material. Los LED de mayor longitud de onda requieren un mayor contenido de InGaN como región activa y varios problemas críticos surgen de este alto contenido de InGaN.
“La visión del rojo casi ha sido imposible. Otros grupos de investigación han conseguido hacer el naranja pero no el rojo puro. Ahora hemos logrado desarrollar un sistema de crecimiento del cristal que nos permite fabricar LEDs rojo puros”, afirma Kazuhiro Ohkawa, quién lideró la investigación.
Reemplazar una gran porción del galio por el indio es la forma de conseguir ese rojo, pero es difícil de hacer ya que el indio se evapora rápidamente en el cristal. Así que Ohkawa y sus colegas crearon un reactor con vapor de indio extra sobre la superficies del cristal, en un proceso conocido como “deposición de fase de vapor metal orgánico”. Esta presión añadida evita que el indio del cristal se escape, obteniendo por tanto una mayor concentración de indio en la superficie.
Pero había otro obstáculo que superar. El indio está hecho de átomos más grandes que el galio, así que cuando se introduce, crea defectos en el cristal, degradando la calidad de salida de luz. El truco que empleó el equipo para solucionar este problema es añadir también aluminio, que tiene átomos pequeños. La introducción de estos átomos pequeños reduce la tensión en el cristal, consiguiendo menos defectos en el mismo.
“Otra ventaja que hemos logrado conseguir es que los LED operan a mitad del voltaje que sus competidores. Esto le dará una mayor vida útil a las baterías”, concluye Ohkawa.
Créditos de imágenes: © 2020 KAUST
