About / Advertise 
I vanliga lysdiodmaterial kan bara en liten del av det genererade ljuset lämna materialet utan särskilda åtgärder. Forskare vid Lunds tekniska högskola har nu demonstrerat en ny LED-struktur där ljuset i stället genereras i nanogrenar som är tunnare än ljusets våglängd.
Problemet forskarna vill komma åt är total intern reflektion. På grund av den stora skillnaden i brytningsindex mellan halvledarmaterialet och luften fångas en stor del av ljuset inne i en konventionell lysdiod. I de material som används i dagens lysdioder kommer enligt forskarna bara omkring fyra procent av ljuset ut utan extra ytbehandling.
LTH-forskarnas lösning liknar ett nanotrådsträd. En central nanotråd används för att injicera laddningsbärare, som sedan diffunderar ut till mycket tunna grenar där elektroner och hål rekombinerar och ljuset bildas. Eftersom grenarna är mindre än ljusets våglängd väntas ljuset kunna kopplas ut betydligt effektivare än från en plan LED-struktur.
I den nya komponenten består både kärna och grenar av GaInP, men med olika materialsammansättning och bandgap. Kärnan har ett indirekt bandgap medan grenarna har ett direkt bandgap. Därmed undertrycks ljusemissionen från kärnan samtidigt som laddningsbärarna styrs mot grenarna.
Mätningarna visar att emissionen vid rumstemperatur huvudsakligen kommer från grenarna. Under cirka 12 volts drivspänning domineras spektrumet av en enda emissionstopp vid ungefär 810 nanometer från nanogrenarna. Först vid högre spänning kan en svag emission från kärnan observeras.
– Om strukturerna görs tillräckligt tunna, tunnare än ljusets våglängd, kan ljuset inte fångas inuti materialet på samma sätt. I teorin skulle det kunna möjliggöra ett mycket högt ljusutbyte, säger Magnus Borgström, professor i fasta tillståndets fysik vid LTH.
Tekniken är fortfarande långt från en kommersiell lysdiod. Forskarna pekar bland annat på ytdefekter, läckströmmar och problem med de elektriska kontakterna som områden som måste förbättras. Studien visar därför ännu inte en LED med högre total verkningsgrad än dagens komponenter.
Målet är i stället att nanotrådsarkitekturen på sikt ska kunna ge lysdioder där en större del av det genererade ljuset faktiskt lämnar halvledaren. Forskarna ser även möjligheter till monokromatiska ljuskällor med inställbar våglängd.
