Des scientifiques de KAUST ont créé des diodes électroluminescentes de taille micrométrique sans précédent qui pourraient être utilisées dans les écrans de téléphones portables ou les téléviseurs. Ils ont publié leurs travaux "630-nm red InGaN micro-light-emitting diodes (<20 μm × 20 μm) exceeding 1 mW/mm2 for full-color micro-displays" dans la revue Photonics Research.
Les diodes électroluminescentes (μLED) à l'échelle du micromètre constituent l'élément de base idéal pour les écrans microLED de nouvelle génération utilisés dans les moniteurs montés sur tête, les téléphones mobiles et les téléviseurs, car ils sont lumineux, réagissent rapidement, offrent une longévité et consomment peu d'énergie. Les chercheurs de KAUST ont montré que ces dispositifs à échelle réduite peuvent émettre efficacement de la lumière dans tout le spectre de la lumière visible.
Tout comme pour les écrans LED classiques, les produits μLEDs en couleur nécessiteront des réseaux de sources lumineuses bleues, vertes et rouges. Les alliages à base de nitrure sont un groupe de matériaux semi-conducteurs qui offrent une voie pour y parvenir car, avec le bon mélange chimique, ils peuvent émettre les trois couleurs.
Cependant, lorsque les dispositifs à base de nitrure sont réduits à l'échelle du micromètre, ils deviennent de très mauvais émetteurs de lumière. "Le principal obstacle à la réduction de la taille des dispositifs est la détérioration des parois latérales de la structure des LED générée pendant le processus de fabrication", explique Martin Velazquez-Rizo, étudiant en doctorat. "Les défauts fournissent un chemin électrique pour un courant de fuite qui ne contribue pas à l'émission de lumière." Cet effet s'aggrave à mesure que la taille de la LED se réduit, ce qui a limité la taille de la LED à environ 400 par 400 micromètres.
M. Velazquez-Rizo, ainsi que ses collègues Zhe Zhuang, Daisuke Iida et Kazuhiro Ohkawa, ont mis au point des microdiodes électroluminescentes (µLED) en nitrure d'indium et de gallium de 17 × 17 micromètres seulement. L'équipe a utilisé une technique de dépôt d'atomes minutieusement calibrée pour créer un réseau de 10 par 10 de μLEDs rouges. Les dommages subis par les parois latérales des μLED ont ensuite été éliminés à l'aide d'un traitement chimique. "Nous avons confirmé par des observations à l'échelle atomique que les parois latérales présentaient une forte cristallinité après le traitement", explique Velazquez-Rizo. "La réalisation de ce type d'observation nécessite des outils spécialisés et la préparation d'échantillons". Et le chef de la recherche Ohkawa est d'accord. "Sans cette technologie de microscope, nous ne pourrions pas réaliser et confirmer cette réalisation".
Ils ont observé une puissance de sortie très élevée de 1,76 milliwatt à partir de chaque millimètre carré de la surface du dispositif - une amélioration notable par rapport aux dispositifs précédents qui rapportaient une puissance de sortie inférieure à 1 milliwatt par millimètre carré. L'équipe a ensuite fait la démonstration de ses μLED rouges avec des μLED vertes et bleues en nitrure d'indium et de gallium pour créer un dispositif à large gamme de couleurs.
"La prochaine étape de nos recherches consiste à améliorer encore l'efficacité de nos μLEDs et à diminuer leurs dimensions latérales en dessous de 10 micromètres", déclare Velazquez-Rizo.
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