Los diodos emisores de luz (LED) están en todas partes de la vida moderna, desde los teléfonos inteligentes hasta la iluminación del hogar. Pero los LED actuales tienen una limitación importante: cuando se intenta hacerlos más brillantes aumentando su potencia, se vuelven menos eficientes. Un equipo de investigadores de la Universidad de Nagoya en Japón ha encontrado una manera de hacer que los LED sean más brillantes manteniendo su eficiencia. Su investigación promete reducir el costo y el impacto ambiental de la fabricación de LED y al mismo tiempo mejorar el rendimiento en aplicaciones como la comunicación por luz visible y las gafas de realidad virtual (VR). La investigación aparece en revistas. Revisión de láseres y fotónica..
“La innovación de este trabajo es una mejor comprensión del efecto de polarización, una propiedad inherente de la estructura de la capa de nitruro de galio/nitruro de galio indio (GaN/InGaN) que se requiere para la generación de luz”, dijo el investigador principal Markus Prystovsek.
Los LED de InGaN representan las fuentes de luz más eficientes del mundo, aunque normalmente funcionan con niveles de potencia bajos. Para obtener luz brillante, necesitan aumentar su poder. Sin embargo, aumentar la potencia suministrada al LED disminuye su eficiencia, fenómeno conocido como pérdida de eficiencia.
Una forma de superar la caída en la eficiencia es aumentar el área del LED, lo que le brinda más luz, pero significa que necesita un chip más grande. Como resultado, se obtienen menos LED que una oblea: la pieza delgada y plana de material semiconductor hecha de InGaN que sirve como base para fabricar dispositivos LED. El resultado son mayores costos de producción y un mayor impacto ambiental.
Los investigadores pueden reducir la eficiencia inclinando las capas de InGaN y cortando la oblea en diferentes direcciones, cambiando así las propiedades del cristal. La propiedad más importante que cambia de esta manera se conoce como “polarización”. A pesar de que se han investigado orientaciones de inclinación con baja polarización durante más de 15 años, los LED de InGaN fabricados con estas orientaciones han mostrado constantemente eficiencias inferiores a la mitad que las de los LED estándar de alta polarización.
La investigación realizada por Prystovsek y Nan Hu del Centro de Investigación Integrada de Electrónica del Futuro (CIRFE) de la Universidad de Nagoya demostró que la baja polarización sólo es útil si apunta en la misma dirección que los LED estándar. Utilizando sus hallazgos, desarrollaron LED sobre un sustrato de zafiro barato en la llamada orientación (10-13), una orientación con menor polarización pero una dirección similar a la de los LED estándar. Estos (10-13) LED muestran una mayor eficiencia a mayor potencia.
Este hallazgo sugiere formas innovadoras para que los fabricantes desarrollen pantallas micro-LED más eficientes y brillantes para la tecnología LED de próxima generación, como dispositivos móviles y televisores de pantalla grande. Capacidades de densidad de corriente más altas pueden permitir nuevas aplicaciones en iluminación industrial especializada y automotriz, mientras que velocidades de conmutación más rápidas pueden encontrar aplicaciones en tecnología de comunicación de luz visible y gafas de realidad virtual.
“Es poco probable que futuras investigaciones encuentren una mejor orientación, especialmente en sustratos de zafiro rentables, porque sólo dos direcciones inclinadas pueden ser adecuadas para ello”, dijo Prystovsek. “Sin embargo, hay otras formas de fabricar LED con menos defectos (10-13) en zafiro e incluso en silicio. Pero otras orientaciones logradas hasta ahora en zafiro o silicio son peores porque son inherentemente rugosas o aumentan la cantidad de polarización. , o tienen el signo equivocado de polarización”.