El desarrollo de los LED azules presentó desafÃos significativos que llevaron décadas superar, principalmente debido a las propiedades únicas de los materiales requeridos para la emisión de luz azul y los obstáculos tecnológicos en la fabricación. Según informó BBC News, no fue hasta principios de la década de 1990 que los investigadores Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura finalmente lograron el avance, lo que llevó a un Premio Nobel de FÃsica y revolucionó la tecnologÃa de iluminación.
El invento del LED azul se atribuye a tres cientÃficos japoneses: Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura. Su trabajo innovador a principios de la década de 1990 llevó a la creación de diodos emisores de luz azul eficientes, un logro que habÃa eludido a los investigadores durante décadas. Este logro fue reconocido con el Premio Nobel de FÃsica en 2014, destacando su importancia en el campo de la optoelectrónica.
Shuji Nakamura, en particular, desempeñó un papel crucial en la comercialización de la tecnologÃa LED azul. A pesar de recibir inicialmente solo un modesto bono de ¥20,000 (aproximadamente $180) por su invención mientras trabajaba en Nichia Corporation, la persistencia e ingenio de Nakamura fueron fundamentales para superar los desafÃos técnicos que durante mucho tiempo habÃan obstaculizado el desarrollo de los LEDs azules. Su trabajo, junto con el de Akasaki y Amano, allanó el camino para la creación de LEDs blancos y revolucionó la tecnologÃa de iluminación, llevando a soluciones de iluminación más eficientes energéticamente y respetuosas con el medio ambiente en todo el mundo.
El desarrollo de los LED azules presentó desafÃos únicos relacionados con los materiales que no se encontraron con los LED rojos y verdes, principalmente debido a las propiedades especÃficas de los semiconductores requeridas para la emisión de luz azul. El material clave para los LED azules, el nitruro de galio (GaN), planteó obstáculos significativos que tomaron años de investigación para superar.
Uno de los principales desafÃos fue encontrar un sustrato adecuado para el crecimiento de cristales de GaN de alta calidad. A diferencia de otros semiconductores utilizados en LED, el GaN no tenÃa una buena coincidencia en el espaciamiento de la red atómica con sustratos potenciales como el zafiro o el carburo de silicio (SiC)1. Esta descoincidencia llevó a una alta densidad de defectos en la estructura cristalina del GaN, lo que redujo significativamente la eficiencia y la vida útil de los LED.
Otro obstáculo importante fue lograr un dopaje tipo p eficiente en el GaN. Mientras que el dopaje tipo n era relativamente sencillo, crear GaN tipo p resultó ser extremadamente difÃcil. La amplia banda prohibida del GaN, necesaria para la emisión de luz azul, dificultaba encontrar dopantes aceptores adecuados que pudieran crear huecos en el material. Este problema se agravaba por la tendencia del GaN a formar vacantes de nitrógeno, que actúan como dopantes tipo n no intencionales y compensan cualquier intento de dopaje tipo.
La amplia banda prohibida del GaN también presentó desafÃos en términos de inyección y recombinación de portadores. La gran barrera energética entre las regiones tipo p y tipo n dificultaba la inyección eficiente de portadores en la región activa del LED3. Además, prevenir que los electrones y huecos inyectados se combinaran de formas no deseadas era crucial para lograr una alta eficiencia, especialmente dado el gran ancho de banda requerido para la emisión de luz azul.
Los investigadores tuvieron que desarrollar técnicas innovadoras para abordar estos desafÃos materiales. Por ejemplo, el uso de capas intermedias ayudó a mitigar la descoincidencia de red entre el GaN y el sustrato, reduciendo la densidad de defectos.
El desarrollo de los LED azules requirió avances significativos en las técnicas de fabricación, particularmente en la deposición quÃmica de vapor metalorgánico (MOCVD). Este proceso tuvo que ser perfeccionado para cultivar cristales de GaN de alta calidad con defectos mÃnimos. Innovaciones como las capas de amortiguación y los diseños optimizados de reactores fueron cruciales para escalar la producción y mejorar la eficiencia de los LED12. Además, la introducción de pozos cuánticos y heteroestructuras en el diseño de los LED permitió una mejor confinación de electrones y huecos, mejorando significativamente la eficiencia de recombinación y la emisión de luz3. Estos avances tecnológicos fueron esenciales para superar el "problema del LED azul" que habÃa retrasado la tecnologÃa LED durante décadas.
Fuente: Perplexity