Investigadores de la Universidad de Lund han demostrado una nueva arquitectura de LED basada en nanohilos ramificados de GaInP que permite controlar dónde se produce la emisión de luz dentro del dispositivo. La estrategia separa el transporte de las cargas eléctricas de su recombinación radiativa y concentra esta última en ramas de dimensiones inferiores a la longitud de onda de la luz, una geometría concebida para reducir las pérdidas asociadas a la reflexión interna total. El concepto todavía presenta eficiencias muy inferiores a las de los LED comerciales, pero plantea una vía diferente para mejorar la extracción de luz directamente desde el diseño del semiconductor.

Uno de los límites fundamentales de los LED está relacionado con la dificultad de extraer al exterior toda la luz generada dentro del semiconductor. Debido al elevado índice de refracción de estos materiales, una parte de la radiación queda confinada por reflexión interna total y no puede escapar directamente.

Para aumentar la cantidad de luz aprovechable, los LED comerciales recurren a diferentes técnicas de procesado, texturizado de superficies y diseño óptico. El nuevo enfoque desarrollado en Lund intenta actuar sobre este problema desde la propia estructura del semiconductor.

La tecnología utiliza un nanohilo central del que parten numerosas ramas laterales muy delgadas. El núcleo se encarga principalmente de transportar los portadores de carga, mientras que la emisión de luz se concentra en esas ramificaciones.

Según explica Magnus Borgström, profesor de Física del Estado Sólido de la Universidad de Lund, cuando las estructuras emisoras son más pequeñas que la longitud de onda de la luz, la radiación no puede quedar atrapada dentro del material de la misma manera. Desde un punto de vista teórico, esta configuración podría permitir extraer una proporción mucho mayor de la luz generada.

Controlar dónde se produce la emisión

Una de las principales aportaciones del trabajo ha sido demostrar que la luz se genera realmente en las ramas y no en el nanohilo central.

Para ello, los investigadores han diseñado las distintas zonas del dispositivo con propiedades electrónicas diferentes. El núcleo está concebido para favorecer el transporte de electrones y huecos sin emitir apenas luz, mientras que las ramas presentan unas características que favorecen su recombinación radiativa.

De esta forma, los portadores se desplazan desde el centro hacia las ramas y es allí donde se generan los fotones. “Este era un aspecto importante para nosotros. Nuestros resultados muestran que la luz se genera precisamente donde queremos, algo fundamental para que la tecnología funcione”, explica Yue Zhao, doctorando en Física del Estado Sólido y coautor del estudio.

Esta separación entre transporte eléctrico y emisión óptica ofrece a los investigadores una mayor libertad para optimizar ambas funciones de forma independiente y podría facilitar nuevas arquitecturas de dispositivos optoelectrónicos.

Una tecnología todavía en fase experimental

El concepto se encuentra todavía en una etapa temprana de investigación y sus prestaciones están lejos de las alcanzadas por los LED comerciales. El siguiente objetivo del equipo es aumentar la eficiencia del dispositivo y reducir las pérdidas asociadas a defectos superficiales de las nanoestructuras.

Este aspecto resulta especialmente relevante en los nanohilos debido a su elevada relación entre superficie y volumen. Los defectos presentes en esas superficies pueden favorecer procesos de recombinación no radiativa, en los que la energía de electrones y huecos se pierde sin producir luz.

“El hecho de que la tecnología funcione ya es un primer paso importante. Ahora debemos centrarnos en optimizar los materiales y las estructuras para conseguir una mayor eficiencia”, señala Borgström.

A largo plazo, la fabricación a escala nanométrica podría aportar además otras ventajas. El menor volumen de semiconductor necesario permitiría reducir el consumo de materiales y, potencialmente, simplificar algunos de los procesos utilizados actualmente para mejorar la extracción óptica.

El trabajo no plantea por ahora una alternativa inmediata a los LED convencionales, sino una nueva estrategia para abordar uno de sus problemas fundamentales desde el diseño del propio semiconductor. Si los investigadores consiguen mejorar la eficiencia interna y controlar las pérdidas superficiales, esta arquitectura de nanohilos ramificados podría abrir nuevas posibilidades para futuras fuentes de luz y para otras aplicaciones optoelectrónicas avanzadas.

Puede acceder al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:

https://www.sciopen.com/article/10.26599/NR.2026.94908799

Portada: Imagen de recurso generada por IA que no pertenece a la investigación