Materiales avanzados para LED de alta eficiencia

Los aparatos de iluminación con fuentes de luz en estado sólido pueden lograr reducir el consumo energético y alcanzar altas eficiencias de conversión y podrían revolucionar el sector de la iluminación. Avances adicionales en la eficiencia de la emisión de luz con intensidades eléctricas elevadas, con una reproducción del color excelente a bajo coste, podrían acelerar de forma importante la adopción generalizada de esta tecnología.

El proyecto ALIGHT (AlGaInN materials on semi-polar templates for yellow emission in solid state lighting applications), financiado por la Unión Europea, investiga los materiales para estos dispositivos de iluminación mejorados mediante el desarrollo de nuevas plantillas semipolares de gran superficie sobre sustratos de zafiro y silicio. Estas plantillas semipolares ayudan a reducir los campos eléctricos integrados en los LED que afectan a la estabilidad del color y la eficiencia y proporcionan una plataforma de bajo coste y gran superficie para depositar las capas de los LED. El proyecto también utiliza el nitruro de galio, aluminio e indio (InAlGaN) para las capas emisoras de luz, con el fin de lograr emisiones de color azul y amarillo.

Un desafío importante es lograr el grabado de las obleas con el fin de generar y coalescer planos semipolares sobre el sustrato de zafiro grabado. Con este fin, los científicos están estudiando el efecto de la orientación precisa del sustrato y los parámetros de crecimiento mediante mediciones de rayos X, luminiscencia y captación de imágenes de escala atómica. Para depositar las capas sobre los sustratos se utiliza la epitaxia en fase vapor a partir de precursores metalorgánicos e hidruros (MOVPE y HVPE respectivamente). El material activo emisor de luz consiste en pozos cuánticos con alta eficiencia óptica y pureza de color excelente.

Durante la primera fase del proyecto, los científicos realizaron un trabajo importante en relación con la obtención de plantillas de GaN semipolares mediante distintos enfoques.

Los socios del proyecto utilizaron la técnica de HVPE para obtener GaN sobre una capa de GaN obtenida mediante MOVPE que se había preparado inicialmente sobre zafiro preestructurado. A continuación, se depositaron capas de InGaN sobre plantillas de GaN semipolares a distintas temperaturas de crecimiento. Se optimizaron las estructuras semipolares de InGaN de distintos grosores, hasta obtener eficiencias de conversión de luz elevadas en el espectro azul y amarillo.

Una variación respecto de la obtención de dispositivos sobre sustratos semipolares está ayudando a superar los problemas relacionados con la reducción de la eficiencia de la emisión de luz en los LED. Sustituir las tecnologías de iluminación actuales por iluminación en estado sólido a base de LED de InGaN debería permitir reducir el consumo eléctrico en hasta un 5 %.