As vantagens dos diodos emissores de luz (LEDs), como seu tamanho minúsculo, baixo custo e excelente eficiência energética, significa que eles são encontrados em todos os lugares da vida moderna. Uma equipe da KAUST desenvolveu recentemente uma maneira de produzir um LED de luz branca que supera alguns desafios críticos.

Piscando em quase todos os dispositivos eletrônicos modernos, LEDs transmitem mensagens em seus próprios tons distintos de vermelho, verde ou azul. A coloração de um LED vem de um semicondutor interno que emite um espectro estreito de comprimentos de onda óticos. A incapacidade dos LEDs de emitir em um espectro mais amplo restringe seu uso em aplicações de iluminação - a emissão de um espectro mais amplo é necessária para gerar luz branca - ou para monitores que requerem uma ampla paleta de cores diferentes.

Uma abordagem para fabricar LEDs de luz branca é combinar dispositivos de diferentes materiais, onde cada material emite uma cor diferente. A emissão de vermelho, azul e verde de diferentes materiais podem ser combinados para criar luz branca, mas isso aumenta a complexidade e o custo de fabricação de LEDs. Alternativamente, um único semicondutor pode ser usado pela mistura de um fósforo que absorve parte da luz emitida pelo semicondutor e a reemite como uma cor diferente. Contudo, o fósforo se degrada com o tempo, limitando a vida útil desses dispositivos.

Daisuke Iida e a equipe de Kazuhiro Ohkawa desenvolveram uma maneira de construir LEDs de luz branca monolítica sem fósforo usando nitreto de gálio e índio semicondutor.

A cor de emissão do nitreto de índio e gálio depende do conteúdo relativo dos átomos de índio e gálio. Por exemplo, nitreto de gálio emite luz ultravioleta, mas adicionar índio desloca a emissão através do espectro visível e para o infravermelho. A emissão pode ser controlada ainda por meio de um sanduíche de camadas muito finas de nitreto de índio e gálio com uma composição entre duas camadas de composição diferente, criando os chamados poços quânticos.

"O que é único em nossos dispositivos é que usamos defeitos de material, ou estruturas em V, para aumentar a injeção de uma corrente no semicondutor, ", diz Iida. OsLEDs projetados pela equipe da KAUST incluíam poços quânticos de emissão de luz azul com um conteúdo de 20 por cento de índio e 34 por cento de poços quânticos de vermelho de índio. Combinados, este LED monolítico emite luz por todo o espectro visível. Ao controlar a corrente que passa pelo dispositivo, a equipe pode mudar a emissão de um branco quente para um branco natural e através de um branco frio.

"O próximo passo é melhorar a eficácia da emissão do componente de emissão vermelha, "diz Iida." A emissão de vermelho é um fator chave dos LEDs de alta renderização de cor com a emissão de branco natural. "