Investigadores del Grupo de Investigación Interdisciplinaria (IRG) de Sistemas Electrónicos de Baja Energía (LEES) en la Alianza de Investigación y Tecnología de Singapur-MIT (SMART), Empresa de investigación del MIT en Singapur, junto con el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han encontrado un método para cuantificar la distribución de las fluctuaciones de composición en los pozos cuánticos (QW) de nitruro de galio indio (InGaN) a diferentes concentraciones de indio.

Los diodos emisores de luz (LED) de InGaN han revolucionado el campo de la iluminación de estado sólido debido a su alta eficiencia y durabilidad. y bajos costos. El color de la emisión del LED se puede cambiar variando la concentración de indio en el compuesto de InGaN, dando a los LED de InGaN el potencial de cubrir todo el espectro visible. LED de InGaN con cantidades de indio relativamente bajas en comparación con el galio, como el azul, verde, y LED cian, han tenido un éxito comercial significativo para la comunicación, aplicaciones industriales y automotrices. Sin embargo, LED con concentraciones más altas de indio, como los LED rojo y ámbar, sufren de una caída en la eficiencia con la creciente cantidad de indio.

En la actualidad, Los LED rojo y ámbar se fabrican con el material de fosfuro de galio, indio y aluminio (AlInGaP) en lugar de InGaN debido al bajo rendimiento de InGaN en el espectro rojo y ámbar causado por la caída de la eficiencia. Comprender y superar la caída de la eficiencia es el primer paso hacia el desarrollo de LED InGaN que cubran todo el espectro visible que reduciría significativamente los costos de producción.

En un artículo titulado "Descubriendo el origen de las fluctuaciones de composición en los diodos emisores de luz de InGaN", publicado recientemente en la prestigiosa revista Materiales de revisión física , El equipo empleó un método multifacético para comprender el origen de las fluctuaciones de composición y su efecto potencial sobre la eficiencia de los LED de InGaN. La determinación precisa de las fluctuaciones de composición es fundamental para comprender su papel en la reducción de la eficiencia en los LED de InGaN con composiciones de indio más altas.

"El [origen de la] caída de la eficiencia experimentada en los LED de InGaN de mayor concentración de indio aún se desconoce hasta la fecha, "dice el coautor del artículo, Profesora Silvija Gradecak del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NUS e Investigadora Principal de SMART LEES. "Es importante comprender esta caída de la eficiencia para crear soluciones que puedan superarla. Para ello, hemos diseñado un método que es capaz de detectar y estudiar las fluctuaciones de composición en los QW de InGaN para determinar su papel en la caída de la eficiencia ".

Los investigadores desarrollaron un método multifacético para detectar fluctuaciones de composición de indio en los QW de InGaN utilizando una investigación sinérgica que combina métodos computacionales complementarios. Caracterización avanzada a escala atómica y algoritmos autónomos para el procesamiento de imágenes.

Tara Mishra, autor principal del artículo y SMART Ph.D. Compañero dijo, "Este método desarrollado y utilizado en nuestra investigación es de aplicabilidad general y se puede adaptar a otras investigaciones de ciencia de materiales donde es necesario investigar las fluctuaciones de composición".

"El método que desarrollamos se puede aplicar ampliamente y proporcionar un valor e impacto significativos en otros estudios de ciencia de materiales, donde las fluctuaciones de la composición atomística juegan un papel importante en el desempeño del material, "dijo el Dr. Pieremanuele Canepa, coautor del artículo e investigador principal de SMART LEES y también profesor asistente del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de NUS. "La comprensión de la distribución atómica de InGaN en concentraciones variables de indio es clave para desarrollar pantallas a todo color de próxima generación utilizando la plataforma LED de InGaN".

La investigación encontró que los átomos de indio se distribuyen aleatoriamente en un contenido de indio relativamente bajo, InGaN. Por otra parte, Se observa una separación de fases parcial en un mayor contenido de indio InGaN, donde las fluctuaciones de composición aleatorias son concurrentes con focos de regiones ricas en indio.

Los hallazgos avanzaron en la comprensión de la microestructura atómica de InGaN y su efecto potencial en el rendimiento de los LED. allanando el camino para futuras investigaciones para determinar el papel de las fluctuaciones de composición en la nueva generación de LED InGaN y diseñar estrategias para prevenir la degradación de estos dispositivos.