Materiały do wydajnych diod led

Dające nadzieję na obniżenie zużycia energii i poprawę sprawności energii, oprawy oświetleniowe z półprzewodnikowymi źródłami światła mogą zrewolucjonizować branżę oświetleniową. Udoskonalenie sprawności emisji przy wysokich wartościach prądu, przy doskonałym odwzorowaniu kolorów i niskich kosztach, przyspieszyłoby w sposób istotny komercjalizację tej technologii.

Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu ALIGHT (AlGaInN materials on semi-polar templates for yellow emission in solid state lighting applications) badają materiały do budowy tych udoskonalonych urządzeń oświetleniowych, opracowując semipolarne szablony o dużej powierzchni przy pomocy podłoży szafirowych i krzemowych. Te semipolarne szablony pomagają zmniejszyć pola elektryczne w diodach LED, wpływające na stabilność ich koloru i sprawność, a także pozwalają uzyskać niedrogą platformę o dużej powierzchni, na której można umieszczać warstwy LED. Uczeni wykorzystują także materiał a azotku indu, glinu i galu (InAlGaN) do warstw emitujących światło w kolorze niebieskim i żółtym.

Dużym wyzwaniem jest wzorcowanie płytki w celu uzyskania i łączenia semipolarnych płaszczyzn strukturyzowanego podłoża szafirowego. Pod tym kątem uczeni oceniają rolę precyzyjnych parametrów orientacji i wzrostu podłoża przy pomocy obrazowania rentgenowskiego, luminescencyjnego i w skali atomowej. Do wzrostu warstw na podłożach wykorzystywane są techniki epitaksji z fazy gazowej związków metaloorganicznych (MOVPE) oraz epitaksji z fazy gazowej wodorków (HVPE). Aktywny materiał emitujący światło składa się ze studni kwantowych, cechujących się wysoką sprawnością optyczną i doskonałą czystością barw.

W pierwszym okresie realizacji projektu naukowcy przeprowadzili prace związane ze wzrostem semipolarnych szablonów z GaN przy pomocy różnych metod.

Partnerzy projektu wykorzystali technikę HVPE do nabudowania warstwy GaN na warstwie GaN otrzymanej metodą MOVPE, przygotowanej wcześniej na wstępnie ustrukturyzowanym szafirze. Następnie, warstwy InGaN hodowano na semipolarnych szablonach GaN w różnych temperaturach. Semipolarne struktury InGaN o różnej grubości zoptymalizowano, uzyskując wysoką sprawność emisji światła niebieskiego i żółtego.

Odejście od urządzeń na semipolarnych podłożach pomaga pokonać problemy związane ze spadkiem wydajności diod LED. Zastąpienie aktualnych technologii oświetleniowych oświetleniem półprzewodnikowym opartym na diodach z InGaN powinno przyczynić się do obniżenia zużycia energii o nawet 5%.