Les avantages des diodes électroluminescentes (LED), comme leur petite taille, faible coût et excellente efficacité énergétique, signifie qu'ils se trouvent partout dans la vie moderne. Une équipe KAUST a récemment développé un moyen de produire une LED à lumière blanche qui surmonte certains défis critiques.

Clignotant sur presque tous les appareils électroniques modernes, Les LED transmettent des messages dans leur propre nuance de rouge distincte, vert ou bleu. La coloration d'une LED provient d'un semi-conducteur à l'intérieur qui émet sur un spectre étroit de longueurs d'onde optiques. L'incapacité des LED à émettre sur un spectre plus large restreint leur utilisation dans les applications d'éclairage (l'émission d'un spectre plus large est nécessaire pour générer de la lumière blanche) ou pour les écrans qui nécessitent une large palette de couleurs différentes.

Une approche pour fabriquer des LED à lumière blanche consiste à combiner des dispositifs de différents matériaux, où chaque matériau émet une couleur différente. L'émission de rouge, le bleu et le vert des différents matériaux peuvent être combinés pour créer une lumière blanche, mais cela augmente la complexité et le coût de fabrication des LED. Alternativement, un seul semi-conducteur peut être utilisé en mélangeant un phosphore qui absorbe une partie de la lumière émise par le semi-conducteur, puis la réémet sous une couleur différente. Cependant, le phosphore se dégrade avec le temps, limitant la durée de vie utile de ces appareils.

L'équipe de Daisuke Iida et Kazuhiro Ohkawa ont mis au point un moyen de construire des LED à lumière blanche monolithiques sans phosphore en utilisant le nitrure de gallium d'indium semi-conducteur.

La couleur d'émission du nitrure d'indium et de gallium dépend de la teneur relative des atomes d'indium et de gallium. Par exemple, le nitrure de gallium émet de la lumière ultraviolette, mais l'ajout d'indium décale l'émission à travers le spectre visible et dans l'infrarouge. L'émission peut être contrôlée davantage en prenant en sandwich des couches très minces de nitrure d'indium et de gallium avec une composition entre deux couches de composition différente, créer des puits dits quantiques.

"Ce qui est unique dans nos appareils, c'est que nous utilisons des défauts matériels, ou des structures en V, pour améliorer l'injection d'un courant dans le semi-conducteur, " dit Iida. Les LED conçues par l'équipe KAUST comprenaient à la fois des puits quantiques émettant de la lumière bleue avec une teneur en indium de 20 pour cent et des puits quantiques en rouge d'indium de 34 pour cent. cette LED monolithique émet de la lumière sur tout le spectre visible. En contrôlant le courant traversant l'appareil, l'équipe pourrait changer l'émission d'un blanc chaud à un blanc naturel et à un blanc froid.

"La prochaine étape consiste à améliorer l'efficacité d'émission du composant d'émission rouge, " dit Iida. " L'émission rouge est un facteur clé des LED à rendu des couleurs élevé avec l'émission blanche naturelle. "