Nuevos LEDs UV de nanohilos entregan luz 5 veces más brillante para aplicaciones avanzadas

Investigadores usan nanohilos y un tipo especial de carcasa para construir diodos emisores de luz ultravioleta.

Producen 5 veces mayor intensidad luminosa que LEDs basados en diseño de carcasa convencional.

Cómo lo hicieron

Ultimamente, el equipo trabaja en núcleos de nanohilo de Nitruro de Galio dopado con silicio (electrones extra) encerrados por carcasas de Nitruro de Galio dopado con magnesio (exceso de "huecos" para electrones faltantes). Cuando un hueco se fusiona con un electrón, se eyecta gran cantidad de energía como luz; este proceso se llama electroluminiscencia.

En 2017, revelaron LEDs de Nitruro de Galio inyectando electrones en capa de carcasa para fusionarse con huecos y producir luz de alta intensidad. Los nuevos LEDs funcionan similar, pero esta vez añadieron pequeña cantidad de aluminio a la capa de carcasa.

Referencia: NanoTechnology | doi:10.1088/1361-6528/ab07ed | NIST

El aluminio minimiza pérdidas por desbordamiento de electrones y reabsorción de luz. Específicamente, aporta asimetría en corriente eléctrica, impidiendo electrones moverse a capa de carcasa. Esto confina huecos y electrones al núcleo del nanohilo, resultando en 5 veces mayor intensidad luminosa.

LED basado en nanohilo | Incorporar poco aluminio a capa carcasa (negro) confina huecos y electrones en núcleo (área multicolor), generando luz intensa | Cortesía de investigadores

Usaron estructura "p-i-n" para fabricar LEDs de nanohilos. Representa diseño tri-capa para inyectar electrones y huecos en nanohilo.

Cuanto mayor el diámetro del nanohilo, más aluminio puede incorporarse. El nanohilo desarrollado tenía 440 nm de largo y 40 nm de grosor de carcasa. Los LEDs resultantes eran casi 10x mayores.

Implementando la tecnología

El equipo ya tiene patente para dispositivo que integra LED con microscopía de sonda de barrido por microondas para test seguro sin contacto de nanoestructuras semiconductoras. También puede usarse para estudiar estructura celular y desplegamiento de proteínas.

Mientras estructuras exploradas apuntaban a composición aproximada para confinamiento de portadores, mayor fracción de aluminio podría ayudar a configurar longitud de onda y controlar emisión/polarización en núcleo de Nitruro de Galio. Eso queda para trabajo futuro.

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Actualmente, investigadores trabajan con dos organizaciones privadas para desarrollar micro-LEDs basados en nanohilos. Una acordó construir técnicas de caracterización estructural y dopante. El equipo demostrará pronto prototipos de herramientas LED.