Une technique pour réduire la perte de lumière à la surface des nanostructures semi-conductrices a été démontrée par des scientifiques de la KAUST. Certains matériaux peuvent convertir efficacement les électrons d'un courant électrique en lumière. Ces soi-disant semi-conducteurs sont utilisés pour créer des diodes électroluminescentes ou LED :petites, léger, a faible consommation, dispositifs durables qui sont de plus en plus répandus dans les applications d'éclairage et d'affichage.

La couleur, ou longueur d'onde, de la lumière émise peut être déterminée en choisissant le matériau approprié. l'arséniure de gallium, par exemple, émet principalement de la lumière infrarouge. Pour les longueurs d'onde plus courtes qui se déplacent dans la région bleue ou ultraviolette du spectre, les scientifiques se sont tournés vers le nitrure de gallium. Puis, pour abaisser la longueur d'onde d'émission, l'aluminium peut être ajouté, ce qui modifie l'espacement entre les atomes et augmente la bande interdite énergétique.

Cependant, de nombreux facteurs empêchent tout le rayonnement créé dans le semi-conducteur de s'échapper du dispositif pour agir comme une source lumineuse efficace. Premièrement, la plupart des matériaux semi-conducteurs ont un indice de réfraction élevé, ce qui rend les interfaces semi-conducteur-air hautement réfléchies - à certains angles, toute la lumière rebondit vers l'arrière dans un processus connu sous le nom de réflectivité interne totale. Une deuxième limitation est que les imperfections à la surface agissent comme des pièges qui réabsorbent la lumière avant qu'elle ne puisse s'échapper.

Postdoc Haiding Sun et ses collègues du KAUST, y compris son superviseur, Professeur adjoint Xiaohang Li, le professeur Boon Ooi et le professeur assistant Iman Roqan, ont développé des LED composées d'un réseau serré de nanofils d'aluminium-gallium-nitrure de gallium sans dislocation sur un substrat de silicium revêtu de titane. Plus de lumière peut être extraite efficacement en raison de la présence d'espaces d'air entre les nanofils via la diffusion. Cependant, le compromis est que les réseaux de nanofils ont une surface plus grande qu'une structure plane. "En raison du grand rapport surface/volume des nanofils, leurs propriétés optiques et électriques sont très sensibles à leur environnement, " dit Sun. " Les états de surface et les défauts conduiront à des dispositifs électroluminescents à faible efficacité. "

Sun et l'équipe montrent que le traitement des nanofils dans une solution diluée d'hydroxyde de potassium peut supprimer la réabsorption de surface en supprimant les liaisons chimiques pendantes et en empêchant l'oxydation. Leurs résultats ont montré qu'un traitement de 30 secondes a conduit à une amélioration de 49,7 pour cent de la puissance de sortie de la lumière ultraviolette par rapport à un appareil non traité.

"Nous visons à améliorer les performances de notre appareil de plusieurs manières, " dit Sun. "Par exemple, nous allons optimiser les conditions de croissance des nanofils, nous utiliserons des structures à puits quantiques dans la région active et nous utiliserons différents substrats métalliques pour améliorer l'efficacité d'extraction de la lumière."