Une nouvelle micro-diode électroluminescente (micro-LED) développée à KAUST peut émettre efficacement une lumière rouge pure et peut aider à développer des écrans couleur basés sur un seul semi-conducteur.

Les micro-LED sont une technologie prometteuse pour la prochaine génération d'écrans. Ils ont l'avantage d'être économes en énergie et de très petite taille. Mais chaque LED ne peut émettre de la lumière que sur une gamme étroite de couleurs. Une solution astucieuse consiste à créer des appareils qui combinent de nombreuses LED différentes, chacun émet une couleur différente. Des micro-affichages en couleur peuvent être créés en combinant le rouge, micro-LED vertes et bleues (RVB). Maintenant, une équipe KAUST de Zhe Zhuang, Daisuke Iida et Kazuhiro Ohkawa ont travaillé pour développer une LED rouge plus efficace.

La couleur d'émission d'une LED est déterminée par les propriétés matérielles du semi-conducteur. Par exemple, les semi-conducteurs au nitrure peuvent être utilisés pour fabriquer des micro-LED bleues et vertes, tandis que les semi-conducteurs au phosphure sont utilisés pour la lumière rouge. Mais la combinaison de différents semi-conducteurs de cette manière rend la construction de micro-LED RVB plus difficile et plus coûteuse. Outre, l'efficacité des micro-LED au phosphure diminue considérablement avec la réduction de la taille des puces.

Le nitrure d'indium-gallium émettant de la lumière rouge peut être créé en augmentant la teneur en indium des matériaux. Mais cela a tendance à diminuer l'efficacité de la LED résultante car il y a un décalage entre la séparation des atomes dans le GaN et l'InGaN, ce qui provoque des imperfections au niveau atomique. De plus, les dommages aux parois latérales d'une micro-LED InGaN induits pendant le processus de fabrication rendent le nouveau dispositif moins efficace. "Mais nous avons un traitement chimique pour éliminer les dommages et conserver la haute qualité cristalline de l'interface de paroi latérale InGaN et GaN, " explique Zhuang.

L'équipe de Zhang a créé et caractérisé une série de dispositifs carrés d'une longueur de côté de 98 ou 47 micromètres. Leurs dispositifs de 47 micromètres de long émettant de la lumière à une longueur d'onde maximale de 626 nanomètres se sont avérés avoir une efficacité quantique externe - le nombre de photons émis par la LED par électron injecté dans le dispositif - jusqu'à environ 0,87%. Aussi, la pureté de couleur de la micro-LED rouge est optimale car elle est très proche de la couleur rouge primaire définie par la norme industrielle dite Rec. 2020.

"La prochaine étape consiste à augmenter l'efficacité de la micro-LED rouge avec des puces encore plus petites, peut-être en dessous de 20 micromètres, " dit Zhuang. " Ensuite, nous espérons intégrer des LED à base de nitrure RVB pour les écrans couleur. "