Pela primeira vez, um grupo de pesquisa internacional revelou o mecanismo central que limita o conteúdo de índio (In) no nitreto de índio e gálio ((In, Ga) N) filmes finos - o principal material para diodos emissores de luz azul (LED). Aumentar o conteúdo de In em poços quânticos InGaN é a abordagem comum para mudar a emissão de LEDs com base em nitreto III para o verde e, em particular, parte vermelha do espectro óptico, necessário para os dispositivos RGB modernos. As novas descobertas respondem à pergunta de pesquisa de longa data:por que essa abordagem clássica falha, quando tentamos obter LEDs verdes e vermelhos eficientes baseados em InGaN?

Apesar do progresso no campo dos LEDs verdes e lasers, os pesquisadores não conseguiram superar o limite de 30% do conteúdo de índio nos filmes. A razão para isso não estava clara até agora:é um problema de encontrar as condições de crescimento adequadas ou antes um efeito fundamental que não pode ser superado? Agora, uma equipe internacional da Alemanha, A Polónia e a China lançaram uma nova luz sobre esta questão e revelaram o mecanismo responsável por essa limitação.

Em seu trabalho, os cientistas tentaram levar o conteúdo de índio ao limite, cultivando camadas atômicas únicas de InN em GaN. Contudo, independente das condições de crescimento, as concentrações de índio nunca excederam 25% - 30% - um sinal claro de um mecanismo fundamentalmente limitante. Os pesquisadores usaram métodos avançados de caracterização, tais como microscópio eletrônico de transmissão de resolução atômica (TEM) e difração de elétrons de alta energia de reflexão in-situ (RHEED), e descobri que, assim que o conteúdo de índio atingir cerca de 25%, os átomos dentro do (em, Ga) N monocamada arranjada em um padrão regular - coluna atômica única de In alterna com duas colunas atômicas de átomos de Ga. Cálculos teóricos abrangentes revelaram que a ordem atômica é induzida por uma reconstrução de superfície particular:os átomos de índio estão ligados a quatro átomos vizinhos, em vez dos três esperados. Isso cria ligações mais fortes entre os átomos de índio e nitrogênio, que, por um lado, permite utilizar temperaturas mais elevadas durante o crescimento e proporciona material com melhor qualidade. Por outro lado, o pedido define o limite do conteúdo de entrada de 25%, que não pode ser superado em condições de crescimento realistas.

"Pelo visto, um gargalo tecnológico atrapalha todas as tentativas de deslocar a emissão do verde para o amarelo e as regiões vermelhas do espectro. Portanto, novos caminhos originais são urgentemente necessários para superar essas limitações fundamentais ", afirma o Dr. Tobias Schulz, cientista do Leibniz-Institut für Kristallzüchtung; "por exemplo, crescimento de filmes InGaN em pseudo-substratos InGaN de alta qualidade que reduziriam a deformação na camada de crescimento. "

Contudo, a descoberta da ordenação pode ajudar a superar as limitações bem conhecidas do sistema de materiais InGaN:localização de portadores de carga devido a flutuações na composição química da liga. Crescente estável ordenado (em, As ligas Ga) N com a composição fixa em altas temperaturas podem, assim, melhorar as propriedades ópticas dos dispositivos.