Los diodos emisores de luz (LED) de nitruro de galio/indio (InGaN) constituyen la fuente de iluminación más eficiente que existe a nivel global, si bien su funcionamiento suele ser a niveles de baja potencia. Para lograr una mayor luminosidad, se precisa incrementar su potencia. No obstante, este aumento en la energía proporcionada al LED conlleva una reducción en su eficiencia, un fenómeno conocido como «caída de eficiencia».
Una forma de superar la caída de la eficiencia es aumentar el área del LED, lo que le da más luz, pero también significa que necesita un chip más grande. Como resultado, obtienes menos LED de una oblea, la pieza delgada y plana de material semiconductor hecho de InGaN que sirve como base para la fabricación de dispositivos LED. El resultado es un mayor coste de producción y un mayor impacto ambiental.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Nagoya de Japón han encontrado ahora una manera de hacer que los LED sean más brillantes mientras mantienen su eficiencia. “En concreto, la innovación de nuestra investigación es una mejor comprensión de los efectos de la polarización, una propiedad intrínseca de la estructura de la capa de nitruro de galio/nitruro de indio y galio (GaN/InGaN) que es necesaria para la generación de luz”, detalla el investigador principal Markus Pristovsek.
Los investigadores han logrado mitigar la caída de eficiencia en los LEDs inclinando las capas de InGaN y cortando la oblea en distintas orientaciones, lo que modifica las propiedades del cristal resultante. Entre estas propiedades, la polarización es la más significativamente alterada. A pesar de que las orientaciones con baja polarización han sido objeto de estudio por más de 15 años, los LEDs de InGaN producidos bajo estas configuraciones han mostrado consistentemente menos de la mitad de la eficiencia comparados con los LEDs estándar de alta polarización.
Pristovsek y sus colegas encontraron que una polarización más baja es útil solo si apunta en la misma dirección que la de los LED estándar. Usando estos hallazgos, cultivaron LED en un sustrato de zafiro barato en la llamada orientación (10-13), una orientación con menor polarización, pero en una dirección similar a la de los LED estándar. Estos LED (10-13) mostraron efectivamente una mayor eficiencia a mayor potencia.
Este descubrimiento abre nuevos caminos para que los fabricantes avancen hacia tecnologías LED de próxima generación. Entre estas innovaciones se encuentran las pantallas micro-LED, que prometen ser más eficientes y luminosas, ideales para dispositivos móviles y televisores de gran formato. Además, la capacidad para manejar una mayor densidad de corriente podría habilitar nuevas aplicaciones en el ámbito de la iluminación automotriz e industrial especializada. Por otro lado, las velocidades de conmutación incrementadas tienen el potencial de revolucionar tecnologías de comunicación mediante luz visible y mejorar significativamente el desempeño de las gafas de realidad virtual.
“Es poco probable que la investigación futura encuentre una mejor orientación, particularmente en los sustratos de zafiro, porque solo se pueden ajustar dos direcciones inclinadas. Sin embargo, hay otras formas de hacer (10-13) LED con menos defectos en el zafiro y tal vez incluso en el silicio. Pero las otras orientaciones logradas en el zafiro o el silicio hasta ahora son peores, porque son inherentemente ásperas, aumentan la cantidad de polarización o tienen el signo equivocado de polarización”, detalla Pristovsek.
Puede acceder al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202400529
Imagen de portada: Concepto de Chip LED generado por IA (DALL-E)
