Avec des inquiétudes concernant le passage à une plate-forme d'énergie propre dans le monde entier avec des véhicules électriques et des énergies renouvelables, l'énergie gaspillée est un facteur aussi important que la quantité d'énergie verte produite. Ainsi, l'éclairage à semi-conducteurs basé sur des diodes électroluminescentes (DEL) est présenté comme une solution. Cependant, Les LED ont du mal à fournir une luminosité élevée pour les besoins d'éclairage à plus courte longueur d'onde. Et les courtes longueurs d'onde émises facilitent la lumière blanche à travers des convertisseurs abaisseurs de phosphore connus.

Dans Lumière :science et applications , Des chercheurs de l'Ohio State University et des scientifiques de la Wright State University et du Naval Research Laboratory décrivent une nouvelle LED semi-conductrice prometteuse fabriquée avec des matériaux à base de GaN qui pourrait améliorer l'efficacité des prises murales en réduisant les pertes d'énergie et l'auto-échauffement.

Si cette nouvelle technologie peut être exploitée pour un rendement lumineux élevé, cette percée pourrait améliorer l'éclairage à semi-conducteurs à LED sans modifier de manière significative les installations de fabrication de LED existantes. Les nouvelles LED pourraient fournir plus de lumière avec moins de tension et de résistance que les LED GaN conventionnelles, augmentant ainsi le rendement global en lumens par watt et évitant le statisme d'efficacité qui affecte les LED haute luminosité.

L'équipe a surmonté ce problème en supprimant complètement tout dopage de type p dans le nitrure de gallium, ce qui est historiquement difficile à doper et conduit à une résistance série élevée. La clé de la découverte de l'équipe est la capacité de créer des "trous" pour la recombinaison radiative avec des électrons par effet tunnel quantique, plutôt que via le dopage p. Le tunneling se produit par le mécanisme Zener, délivrer les trous à la zone de recombinaison, atténuant le besoin de contacts ohmiques de type p maladroits et d'injecteurs à semi-conducteurs de type p résistifs.

Les chercheurs ont fait leur découverte en faisant progresser les diodes à effet tunnel résonant (RTD) dans le système de nitrure de gallium pour le Bureau de la recherche navale sous la direction du directeur du programme, le Dr Paul Maki. Comme indiqué dans le numéro d'août 2016 de Lettres de physique appliquée , leurs efforts ont également permis d'établir une plate-forme RTD stable à base de GaN pour la production d'énergie hyperfréquence élevée et les sources potentiellement térahertz.

La science fondamentale derrière cette avancée est l'utilisation des champs électriques extrêmement élevés induits par les effets de polarisation dans les hétérostructures à base de GaN de wurtzite. Ces champs élevés permettent au nouveau dispositif non seulement d'injecter des électrons à travers une structure à double barrière RTD classique dans la bande de conduction, mais aussi simultanément pour injecter des trous par tunnel Zener à travers la bande interdite GaN dans la bande de valence. Ainsi, la nouvelle LED utilise uniquement le dopage de type n, mais inclut des charges d'effet tunnel bipolaire pour créer la nouvelle source lumineuse LED.

Poursuivre la commercialisation, l'équipe travaille à équilibrer le rapport électrons/trous injectés pour créer et donc délivrer jusqu'à un photon émis pour chaque électron injecté.