Optoelektroniske enheder, der udsender varmt og køligt hvidt lys

Fordelene ved lysemitterende dioder (LED'er), såsom deres lille størrelse, lave omkostninger og fremragende strømeffektivitet, betyder, at de findes overalt i det moderne liv. Et KAUST-team har for nylig udviklet en måde at producere en hvid-lys LED, der overvinder nogle kritiske udfordringer.

Blinker væk på næsten alle moderne elektroniske enheder, LED'er sender beskeder i deres egen tydelige røde nuance, grøn eller blå. Farven på en LED kommer fra en halvleder indeni, der udsender over et snævert spektrum af optiske bølgelængder. LED'ernes manglende evne til at udsende over et bredere spektrum begrænser deres brug i belysningsapplikationer - at udsende et bredere spektrum er nødvendigt for at generere hvidt lys - eller til skærme, der kræver en bred palet af forskellige farver.

En tilgang til at fremstille hvidt lys LED'er er at kombinere enheder af forskellige materialer, hvor hvert materiale udsender en anden farve. Udslip af rødt, blå og grøn fra de forskellige materialer kan kombineres for at skabe hvidt lys, men dette øger kompleksiteten og omkostningerne ved fremstilling af LED'er. Alternativt en enkelt halvleder kan bruges ved at blande en fosfor, der absorberer noget af det lys, der udsendes af halvlederen, og derefter genudsender det som en anden farve. Imidlertid, fosfor nedbrydes over tid, begrænser disse enheders levetid.

Daisuke Iida og Kazuhiro Ohkawas team har udtænkt en måde at bygge fosforfri monolitiske hvidt lys LED'er ved hjælp af halvleder indium gallium nitrid.

Emissionsfarven af ​​indiumgalliumnitrid afhænger af det relative indhold af indium- og galliumatomerne. For eksempel, galliumnitrid udsender ultraviolet lys, men tilsætning af indium flytter emissionen over det synlige spektrum og ind i det infrarøde. Emissionen kan styres yderligere ved at lægge meget tynde lag af indiumgalliumnitrid sammen med én sammensætning mellem to lag med forskellig sammensætning, skabe såkaldte kvantebrønde.

"Det unikke ved vores enheder er, at vi bruger materialefejl, eller V-pit strukturer, at øge indsprøjtningen af ​​en strøm i halvlederen, " siger Iida. LED'erne designet af KAUST-teamet inkluderede både blåt lys-emitterende kvantebrønde med et 20 procent indiumindhold og 34 procent indiumrøde kvantebrønde. Kombineret, denne monolitiske LED udsender lys over hele det synlige spektrum. Ved at styre strømmen, der passerer gennem enheden, holdet kunne ændre emissionen fra en varm hvid til en naturlig hvid og igennem til en kølig hvid.

"Det næste skridt er at forbedre emissionseffektiviteten af ​​den røde emissionskomponent, " siger Iida. "Den røde emission er en nøglefaktor for de høje farvegengivelses LED'er med den naturlige hvide emission."