Investigadores del Grupo de Investigaci\u00f3n Interdisciplinaria de Sistemas Electr\u00f3nicos de Baja Energ\u00eda de la Alianza de Investigaci\u00f3n y Tecnolog\u00eda de Singapur-MIT, la empresa de investigaci\u00f3n del MIT en Singapur, junto con colaboradores del MIT, la Universidad Nacional de Singapur y la Universidad Tecnol\u00f3gica de Nanyang han descubierto un nuevo m\u00e9todo para generar largo luz de longitud de onda (roja, naranja y amarilla) mediante el uso de defectos intr\u00ednsecos en materiales semiconductores, con aplicaciones potenciales como emisores de luz directa en fuentes de luz comerciales y pantallas. Esta tecnolog\u00eda ser\u00eda una mejora con respecto a los m\u00e9todos actuales, que utilizan f\u00f3sforos, por ejemplo, para convertir un color de luz en otro.<\/p>\n\n\n\n
Un tipo de diodo emisor de luz (LED) basado en nitruro de elemento del grupo III, los LED de nitruro de galio indio (InGaN) se fabricaron por primera vez hace m\u00e1s de dos d\u00e9cadas en los a\u00f1os 90, y desde entonces han evolucionado para volverse cada vez m\u00e1s peque\u00f1os mientras se vuelven cada vez m\u00e1s potentes y eficientes. y duradero. Hoy en d\u00eda, los LED de InGaN se pueden encontrar en una gran variedad de casos de uso industriales y de consumo, que incluyen se\u00f1ales, comunicaci\u00f3n \u00f3ptica y almacenamiento de datos, y son fundamentales en aplicaciones de consumo de alta demanda, como iluminaci\u00f3n de estado s\u00f3lido, televisores, computadoras port\u00e1tiles, dispositivos m\u00f3viles, (AR) y soluciones de realidad virtual (VR).<\/p>\n\n\n\n
La demanda cada vez mayor de estos dispositivos electr\u00f3nicos ha impulsado m\u00e1s de dos d\u00e9cadas de investigaci\u00f3n para lograr una mayor salida \u00f3ptica, confiabilidad, longevidad y versatilidad de los semiconductores, lo que lleva a la necesidad de LED que puedan emitir diferentes colores de luz. Tradicionalmente, el material InGaN se ha utilizado en los LED modernos para generar luz violeta y azul, con fosfuro de indio, galio y aluminio (AlGaInP), un tipo diferente de semiconductor, que se utiliza para generar luz roja, naranja y amarilla. Esto se debe al bajo rendimiento de InGaN en el espectro rojo y \u00e1mbar causado por una reducci\u00f3n en la eficiencia como resultado de los niveles m\u00e1s altos de indio requeridos.<\/p>\n\n\n\n
Adem\u00e1s, estos LED de InGaN con concentraciones de indio considerablemente altas siguen siendo dif\u00edciles de fabricar utilizando estructuras semiconductoras convencionales. Como tal, la realizaci\u00f3n de dispositivos emisores de luz blanca totalmente de estado s\u00f3lido, que requieren los tres colores primarios de luz, sigue siendo un objetivo sin lograr.<\/p>\n\n\n\n
Al abordar estos desaf\u00edos, los investigadores de SMART han presentado sus hallazgos en un art\u00edculo titulado “V-Pits emisores de luz: un enfoque alternativo hacia los puntos cu\u00e1nticos luminiscentes ricos en indio InGaN”, publicado recientemente en la revista ACS Photonics. En su art\u00edculo, los investigadores describen un m\u00e9todo pr\u00e1ctico para fabricar puntos cu\u00e1nticos de InGaN con una concentraci\u00f3n de indio significativamente m\u00e1s alta mediante el uso de defectos preexistentes en los materiales de InGaN.<\/p>\n\n\n\n
En este proceso, la coalescencia de los llamados pozos en V, que resultan de dislocaciones que existen naturalmente en el material, forma directamente puntos cu\u00e1nticos ricos en indio, peque\u00f1as islas de material que emiten luz de longitud de onda m\u00e1s larga. Al hacer crecer estas estructuras sobre sustratos de silicio convencionales, se elimina a\u00fan m\u00e1s la necesidad de crear patrones o sustratos no convencionales. Los investigadores tambi\u00e9n llevaron a cabo un mapeo composicional de alta resoluci\u00f3n espacial de los puntos cu\u00e1nticos de InGaN, proporcionando la primera confirmaci\u00f3n visual de su morfolog\u00eda.<\/p>\n\n\n\n
Adem\u00e1s de la formaci\u00f3n de puntos cu\u00e1nticos, la nucleaci\u00f3n de fallas de apilamiento, otro defecto intr\u00ednseco del cristal, contribuye a\u00fan m\u00e1s a las emisiones de longitudes de onda m\u00e1s largas. Jing-Yang Chung, estudiante graduado SMART y autor principal del art\u00edculo, dijo: “Durante a\u00f1os, los investigadores en el campo han intentado abordar los diversos desaf\u00edos presentados por los defectos inherentes en las estructuras de los pozos cu\u00e1nticos de InGaN. En un enfoque novedoso, en su lugar dise\u00f1amos un defecto de nano-pozo para lograr una plataforma para el crecimiento directo de puntos cu\u00e1nticos de InGaN. Como resultado, nuestro trabajo demuestra la viabilidad de usar sustratos de silicio para nuevas estructuras ricas en indio, que adem\u00e1s de abordar los desaf\u00edos actuales en las bajas eficiencias de InGaN de longitud de onda larga emisores de luz, tambi\u00e9n alivian el problema de los sustratos costosos”.<\/p>\n\n\n\n
De esta manera, el descubrimiento de SMART representa un importante paso adelante en la superaci\u00f3n de la reducida eficiencia de InGaN al producir luz roja, naranja y amarilla. A su vez, este trabajo podr\u00eda ser fundamental en el futuro desarrollo de matrices de micro LED que constan de un solo material.<\/p>\n\n\n\n
La Dra. Silvija Grade\u010dak, coautora e investigadora principal de LEES, agreg\u00f3: “Nuestro descubrimiento tambi\u00e9n tiene implicaciones para el medio ambiente. Por ejemplo, este avance podr\u00eda conducir a una eliminaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pida de las fuentes de iluminaci\u00f3n de estado no s\u00f3lido, como bombillas incandescentes, e incluso los actuales LED InGaN azules recubiertos de f\u00f3sforo con una soluci\u00f3n de mezcla de colores de estado s\u00f3lido, lo que a su vez conduce a una reducci\u00f3n significativa en el consumo global de energ\u00eda”.<\/p>\n\n\n\n
“Nuestro trabajo tambi\u00e9n podr\u00eda tener implicaciones m\u00e1s amplias para la industria de semiconductores y electr\u00f3nica, ya que el nuevo m\u00e9todo descrito aqu\u00ed sigue los procedimientos de fabricaci\u00f3n est\u00e1ndar de la industria y puede ser ampliamente adoptado e implementado a escala”, dijo Eugene Fitzgerald, director ejecutivo de SMART e investigador principal principal de LEES. “En un nivel m\u00e1s macro, adem\u00e1s de los beneficios ecol\u00f3gicos potenciales que podr\u00edan resultar de los ahorros de energ\u00eda impulsados \u200b\u200bpor InGaN, nuestro descubrimiento tambi\u00e9n contribuir\u00e1 a la investigaci\u00f3n continua del campo y al desarrollo de nuevas estructuras InGaN eficientes”.<\/p>\n\n\n\n