Fabriquer des LED rouges pures à partir de cristaux de nitrure est un objectif qui a jusqu'à présent frustré les ingénieurs. Cependant, ces LED sont essentielles pour construire la prochaine génération d'écrans micro-LED écoénergétiques pour suivre les écrans OLED et pour créer un éclairage avec réglage des couleurs. Maintenant, pour la première fois, une équipe d'ingénieurs électriciens de KAUST a réussi à fabriquer ces LED.

"Les ingénieurs électriciens peuvent déjà fabriquer des LED lumineuses en utilisant divers matériaux pour produire différentes couleurs. Mais pour améliorer les technologies d'affichage, les ingénieurs doivent intégrer les trois LED de couleurs primaires, rouge, vert et bleu, sur une puce, " explique Daisuke Iida, un ingénieur électricien chez KAUST. Cela signifie qu'ils doivent trouver un matériau adapté à la fabrication des trois couleurs. Le matériau doit être capable de produire chaque couleur avec une intensité élevée, et idéalement, il doit avoir une puissance de sortie élevée, mais utilisez relativement peu de tension de batterie.

Les meilleurs candidats pour générer les trois couleurs sont une famille de composés appelés semi-conducteurs de nitrure. Ce sont des cristaux contenant de l'azote qui, en théorie, peuvent être utilisés pour créer des LED qui produisent de la lumière avec des longueurs d'onde comprises entre l'ultraviolet et l'infrarouge, qui comprend tout le spectre visible. Les ingénieurs utilisent généralement du nitrure de gallium pour fabriquer des LED bleues et vertes, mais ils ont eu du mal à fabriquer des LED rouge vif avec ce cristal. "La vision rouge a été presque impossible - d'autres groupes n'ont vraiment réussi à faire de l'orange, pas rouge pomme, " dit le chef de groupe, Kazuhiro Ohkawa. "Maintenant, nous avons développé un système de croissance cristalline pour réaliser des LED rouges pures."

Le remplacement d'une grande partie du gallium par l'élément indium donne le rouge souhaité, mais c'est difficile à faire car l'indium s'évapore facilement du cristal. Alors Iida, Ohkawa et ses collègues ont créé un réacteur avec de la vapeur d'indium supplémentaire au-dessus de la surface du cristal, un procédé connu sous le nom de dépôt en phase vapeur organométallique. Cette pression supplémentaire empêche l'indium dans le cristal de s'échapper. "Cela nous donne une concentration d'indium plus élevée à la surface, " dit Ohkawa. " C'est notre secret ! "

Mais il y avait un autre obstacle à surmonter. L'indium est composé d'atomes plus gros que le gallium, alors quand il est introduit, il crée des défauts dans le cristal, dégradant la qualité de la lumière de sortie. L'astuce de l'équipe était d'ajouter aussi de l'aluminium, qui a de petits atomes. "L'introduction des petits atomes réduit la contrainte sur le cristal, résultant en moins de défauts cristallins, " dit Iida.

"Un autre avantage est que les LED fonctionnent à environ la moitié de la tension de ses concurrents, " dit Ohkawa. " Cela vous donnera une durée de vie plus longue pour les batteries. "