Por primera vez, un grupo de investigación internacional ha revelado el mecanismo central que limita el contenido de indio (In) en el nitruro de indio y galio ((In, Ga) N) películas delgadas:el material clave para los diodos emisores de luz azul (LED). Aumentar el contenido de In en los pozos cuánticos de InGaN es el enfoque común para cambiar la emisión de LED basados ​​en nitruro III hacia el verde y, en particular, parte roja del espectro óptico, necesario para los dispositivos RGB modernos. Los nuevos hallazgos responden a la pregunta de investigación de larga data:¿por qué falla este enfoque clásico? cuando intentamos obtener LEDs verdes y rojos basados ​​en InGaN eficientes?

A pesar de los avances en el campo de los LED y láseres verdes, los investigadores no pudieron superar el límite del 30% de contenido de indio en las películas. El motivo no estaba claro hasta ahora:¿es un problema de encontrar las condiciones adecuadas de crecimiento o más bien un efecto fundamental que no se puede superar? Ahora, un equipo internacional de Alemania, Polonia y China han arrojado nueva luz sobre esta cuestión y han revelado el mecanismo responsable de esa limitación.

En su trabajo, los científicos intentaron llevar el contenido de indio al límite haciendo crecer capas atómicas individuales de InN en GaN. Sin embargo, independiente de las condiciones de crecimiento, Las concentraciones de indio nunca han superado el 25% - 30%, una clara señal de un mecanismo fundamentalmente limitante. Los investigadores utilizaron métodos de caracterización avanzados, como el microscopio electrónico de transmisión de resolución atómica (TEM) y la difracción de electrones de alta energía de reflexión in situ (RHEED), y descubrió que, tan pronto como el contenido de indio alcance alrededor del 25%, los átomos dentro del (En, Ga) N monocapa dispuesta en un patrón regular:una sola columna atómica de In se alterna con dos columnas atómicas de átomos de Ga. Cálculos teóricos completos revelaron que el orden atómico es inducido por una reconstrucción de superficie particular:los átomos de indio están unidos con cuatro átomos vecinos, en lugar de los tres esperados. Esto crea enlaces más fuertes entre los átomos de indio y nitrógeno, cuales, por un lado, permite utilizar temperaturas más altas durante el crecimiento y proporciona material de mejor calidad. Por otra parte, el pedido establece el límite del contenido de In del 25%, que no se puede superar en condiciones de crecimiento realistas.

"Aparentemente, un cuello de botella tecnológico obstaculiza todos los intentos de cambiar la emisión del verde al amarillo y al rojo de las regiones del espectro. Por lo tanto, Se requieren urgentemente nuevas vías originales para superar estas limitaciones fundamentales ", afirma el Dr. Tobias Schulz, científico del Leibniz-Institut für Kristallzüchtung; "por ejemplo, crecimiento de películas de InGaN en pseudo-sustratos de InGaN de alta calidad que reducirían la tensión en la capa en crecimiento ".

Sin embargo, El descubrimiento de la ordenación puede ayudar a superar las conocidas limitaciones del sistema de materiales InGaN:localización de los portadores de carga debido a fluctuaciones en la composición química de la aleación. Creciendo estable ordenado (en, Las aleaciones de Ga) N con la composición fija a altas temperaturas podrían mejorar así las propiedades ópticas de los dispositivos.