Les résultats ouvrent la voie au développement de LED de nouvelle génération plus efficaces couvrant tout le spectre visible – Technoguide

Des chercheurs du groupe de recherche interdisciplinaire (IRG) sur les systèmes électroniques à faible consommation d’énergie (LEES) de l’Alliance Singapour-MIT pour la recherche et la technologie (SMART), l’entreprise de recherche du MIT à Singapour, en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et l’Université nationale de Singapour ( NUS) ont trouvé une méthode pour quantifier la distribution des fluctuations de composition dans les puits quantiques (QW) de nitrure d’indium et de gallium (InGaN) à différentes concentrations d’indium.

Les diodes électroluminescentes (LED) InGaN ont révolutionné le domaine de l’éclairage à semi-conducteurs en raison de leur efficacité et de leur durabilité élevées et de leurs faibles coûts. La couleur de l’émission LED peut être modifiée en faisant varier la concentration d’indium dans le composé InGaN, ce qui donne aux LED InGaN le potentiel de couvrir tout le spectre visible. Les LED InGaN avec des quantités d’indium relativement faibles par rapport au gallium, telles que les LED bleues, vertes et cyan, ont connu un succès commercial significatif pour les applications de communication, de l’industrie et de l’automobile. Cependant, les LED avec des concentrations d’indium plus élevées, telles que les LED rouges et orange, souffrent d’une baisse d’efficacité avec la quantité croissante d’indium.

Actuellement, les LED rouges et orange sont fabriquées en utilisant le matériau de phosphure d’aluminium et d’indium-gallium (AlInGaP) au lieu d’InGaN en raison des mauvaises performances d’InGaN dans le spectre rouge et orange causées par la baisse d’efficacité. Comprendre et surmonter la baisse d’efficacité est la première étape vers le développement de LED InGaN couvrant l’ensemble du spectre visible, ce qui réduirait considérablement les coûts de production.

Dans un article intitulé «Déverrouiller l’origine des fluctuations de composition des diodes électroluminescentes InGaN», récemment publié dans la revue Physical Review Materials, l’équipe a utilisé une méthode à multiples facettes pour comprendre l’origine des fluctuations de composition et leur effet potentiel sur l’efficacité des LED InGaN . La détermination précise des fluctuations de composition est essentielle pour comprendre leur rôle dans la réduction de l’efficacité des LED InGaN avec des compositions d’indium plus élevées.

“Le [origin of the] la baisse d’efficacité observée dans les LED InGaN à plus forte concentration d’indium est encore inconnue à ce jour », déclare le co-auteur de l’article, le professeur Silvija Gradecak du Département de science et génie des matériaux de NUS et chercheur principal à SMART LEES.« Il est important de comprendre cette baisse d’efficacité pour créer des solutions qui pourront la surmonter. Pour ce faire, nous avons conçu une méthode capable de détecter et d’étudier les fluctuations de composition des QW InGaN afin de déterminer son rôle dans la baisse d’efficacité. “

Les chercheurs ont développé une méthode multiforme pour détecter les fluctuations de composition de l’indium dans les QW InGaN en utilisant une investigation synergique qui combine des méthodes de calcul complémentaires, une caractérisation avancée à l’échelle atomique et des algorithmes autonomes pour le traitement d’image.

Tara Mishra, auteur principal de l’article et chercheur en doctorat SMART, a déclaré: «Cette méthode développée et utilisée dans nos recherches est d’application générale et peut être adaptée à d’autres recherches en science des matériaux où les fluctuations de composition doivent être étudiées.

“La méthode que nous avons développée peut être largement appliquée et fournir une valeur et un impact significatifs sur d’autres études en science des matériaux, où les fluctuations de composition atomistique jouent un rôle important dans la performance des matériaux”, a déclaré le Dr Pieremanuele Canepa, co-auteur de l’article et chercheur principal à SMART LEES et également professeur adjoint du Département de science et génie des matériaux et du Département de génie chimique et biomoléculaire de NUS. “La compréhension de la distribution atomique d’InGaN à différentes concentrations d’indium est essentielle pour développer des écrans couleur de nouvelle génération utilisant la plate-forme LED InGaN.”

La recherche a révélé que les atomes d’indium sont distribués au hasard dans une teneur en indium InGaN relativement faible. D’autre part, une séparation de phase partielle est observée dans une teneur plus élevée en indium InGaN, où des fluctuations de composition aléatoires sont concurrentes avec des poches de régions riches en indium.

Les résultats ont fait progresser la compréhension de la microstructure atomique de l’InGaN et de son effet potentiel sur les performances des LED, ouvrant la voie à de futures recherches pour déterminer le rôle des fluctuations de composition dans la nouvelle génération de LED InGaN et concevoir des stratégies pour empêcher la dégradation de ces appareils.

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