Uma técnica para reduzir a perda de luz na superfície de nanoestruturas semicondutoras foi demonstrada por cientistas da KAUST. Alguns materiais podem converter com eficiência os elétrons de uma corrente elétrica em luz. Esses chamados semicondutores são usados ​​para criar diodos emissores de luz ou LEDs:pequenos, luz, energia eficiente, dispositivos de longa duração que são cada vez mais comuns em aplicações de iluminação e exibição.

A cor, ou comprimento de onda, da luz emitida pode ser determinada escolhendo o material apropriado. Arsenieto de gálio, por exemplo, emite luz predominantemente infravermelha. Para comprimentos de onda mais curtos que se movem para a região azul ou ultravioleta do espectro, os cientistas se voltaram para o nitreto de gálio. Então, para sintonizar o comprimento de onda de emissão, alumínio pode ser adicionado, que altera o espaçamento entre os átomos e aumenta o bandgap de energia.

Contudo, vários fatores impedem que toda a radiação criada no semicondutor escape do dispositivo para atuar como uma fonte de luz eficiente. Em primeiro lugar, a maioria dos materiais semicondutores tem um alto índice de refração, o que torna as interfaces semicondutor-ar altamente refletidas - em alguns ângulos, toda a luz é refletida para trás em um processo conhecido como refletividade interna total. Uma segunda limitação é que as imperfeições na superfície agem como armadilhas que reabsorvem a luz antes que ela escape.

Pós-doutorado Haiding Sun e seus colegas KAUST, incluindo seu supervisor, Prof. Assistente Xiaohang Li, Prof. Boon Ooi e Prof. Assistente Iman Roqan, desenvolveram LEDs que são compostos de uma matriz compacta de nanofios de nitreto de alumínio-gálio em escala nanométrica livre de deslocamento em um substrato de silício revestido de titânio. Mais luz pode ser extraída de forma eficiente devido à presença de lacunas de ar entre os nanofios por meio de espalhamento. A desvantagem, no entanto, é que os arranjos de nanofios têm uma área de superfície maior do que uma estrutura plana. "Por causa da grande proporção entre superfície e volume dos nanofios, suas propriedades ópticas e elétricas são altamente sensíveis ao ambiente, "diz Sun." Estados de superfície e defeitos levarão a dispositivos emissores de luz de baixa eficiência. "

Sun e a equipe mostram que tratar os nanofios em uma solução diluída de hidróxido de potássio pode suprimir a reabsorção da superfície, removendo ligações químicas pendentes e evitando a oxidação. Seus resultados mostraram que um tratamento de 30 segundos levou a um aumento de 49,7 por cento na potência de saída de luz ultravioleta em comparação com um dispositivo não tratado.

"Nosso objetivo é melhorar o desempenho do nosso dispositivo de várias maneiras, "diz Sun." Por exemplo, vamos otimizar as condições de crescimento do nanofio, usaremos estruturas de poços quânticos na região ativa e usaremos diferentes substratos de metal para melhorar a eficiência de extração de luz. "