Светодиоды для технологий дополненной реальности стали вдвое эффективнее

Международный коллектив ученых из России и Кореи усовершенствовал метод изготовления микро- и наносветодиодов для LED-экранов и VR-очков, который повышает их эффективность преобразования электричества в световое излучение с 5,5% до 10,6%. Новая технология успешнее устраняет дефекты, из-за которых происходит утечка тока.

Светодиоды на основе структуры из нитрида галлия и нитрида индия-галлия — это полупроводниковые приборы, которые могут излучать свет от сине-фиолетового до зеленого и красного цветовых диапазонов. Они используются в системах освещения, хранения данных и связи. Благодаря высокой яркости, нано- и микросветодиоды востребованы для микродисплеев и микропроекторов на быстро развивающемся рынке технологий дополненной реальности. Для создания микро- и наноразмерных светодиодов чаще всего используется метод сухого травления больших светодиодов, т. е. удаления их бокового слоя химическими веществами и плазмой.

«В процессе создания светодиодов менее 30 микрометров часто возникают проблемы. После этапа сухого травления на стенках диодов появляются дефекты. Это приводит к росту безызлучательной рекомбинации, т. е. электрическая энергия преобразуется не в свет, а, например, в тепло», — рассказала Луиза Алексанян, инженер научного проекта лаборатории «Ультраширокозонные полупроводники» НИТУ МИСИС.

Одним из важнейших параметров оценки работы светодиода является внутренняя квантовая эффективность, которая показывает, насколько хорошо устройство преобразует электричество в свет. Из-за появления дефектов у структур без дополнительной обработки она составляет всего 5,5%. Чтобы решить эту проблему, используются различные методы: высокотемпературный отжиг, покрытие поверхности различными веществами и травление боковых стенок гидроксидом калия. Однако эти способы повышают эффективность лишь до 6,8%.

«Мы добавили наночастицы серебра, покрытые диоксидом кремния в полимер, заполняющий пространство между наносветодиодами. Эти частицы создают альтернативный маршрут передачи энергии для носителей заряда, что может улучшить его способность излучать свет. Разработка привела к максимальному улучшению внутренней квантовой эффективности до 10,6%», — отметил к. т. н. Александр Поляков, заведующий лабораторией «Ультраширокозонные полупроводники» НИТУ МИСИС.  

Работа открывает новые возможности к созданию более ярких и энергоэффективных осветительных приборов. Подробные результаты опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1). Работа поддержана грантом Минобрнауки России (проект № 075-15-2022-1113).