A hagyományos LED forradalmasította a világítás és a kijelző területét a hatékonyság, a stabilitás és az eszközméret tekintetében nyújtott kiváló teljesítményének köszönhetően. A LED-ek jellemzően vékony félvezető fóliák halmazai, amelyek oldalsó mérete milliméter, sokkal kisebb, mint a hagyományos eszközök, például az izzólámpák és a katódcsövek. A feltörekvő optoelektronikai alkalmazásokhoz, például a virtuális és a kiterjesztett valósághoz azonban mikron vagy kisebb méretű LED-ekre van szükség. A remény az, hogy a mikro- vagy szubmikron méretű LED-ek (µLED-ek) továbbra is sok olyan kiváló tulajdonsággal rendelkeznek, mint a hagyományos LED-ek, mint például a rendkívül stabil sugárzás, a nagy hatékonyság és a fényerő, az ultraalacsony energiafogyasztás és a színes sugárzás. miközben körülbelül milliószor kisebb a területe, ami kompaktabb kijelzőket tesz lehetővé. Az ilyen led chipek nagyobb teljesítményű fotonikus áramkörök előtt is kikövezhetik az utat, ha szilíciumban egychipben nevelhetők, és komplementer fémoxid félvezető (CMOS) elektronikával integrálhatók.
Mindazonáltal az ilyen µled-ek eddig megfoghatatlanok maradtak, különösen a zöld-piros emissziós hullámhossz-tartományban. A hagyományos led µ-led megközelítés egy felülről lefelé irányuló eljárás, amelyben az InGaN kvantumkút (QW) filmeket maratási eljárással mikroméretű eszközökbe marják. Míg a vékonyfilmes InGaN QW-alapú tio2 µledek sok figyelmet keltettek az InGaN számos kiváló tulajdonsága miatt, mint például a hatékony vivőtranszport és a hullámhossz hangolhatósága a látható tartományban, addig mostanáig olyan problémák gyötörték őket, mint az oldalfal. korróziós károk, amelyek az eszköz méretének csökkenésével súlyosbodnak. Ezenkívül a polarizációs mezők megléte miatt hullámhossz/szín instabilitásuk van. Erre a problémára nempoláris és félpoláris InGaN és fotonikus kristályüreges megoldásokat javasoltak, de ezek jelenleg nem kielégítőek.
A Light Science and Applications folyóiratban megjelent új tanulmányban Zetian Mi, a Michigani Egyetem professzora (Annabel) által vezetett kutatók kifejlesztettek egy szubmikron méretű zöld LED iii – nitridet, amely egyszer s mindenkorra legyőzi ezeket az akadályokat. Ezeket a µledeket szelektív regionális plazma-asszisztált molekuláris nyaláb epitaxiával szintetizáltuk. A hagyományos felülről lefelé irányuló megközelítéssel éles ellentétben itt a µled nanovezetékek sorából áll, amelyek mindegyike mindössze 100-200 nm átmérőjű, és amelyeket több tíz nanométer választ el egymástól. Ez az alulról felfelé irányuló megközelítés lényegében elkerüli az oldalfalak korróziós károsodását.
Az eszköz fénykibocsátó része, más néven aktív régió, mag-héj többszörös kvantumkút (MQW) struktúrákból áll, amelyeket nanoszálas morfológia jellemez. Az MQW különösen az InGaN kútból és az AlGaN gátból áll. A III. csoportba tartozó elemek indium, gallium és alumínium adszorbeált atommigrációjában mutatkozó különbségek miatt az oldalfalakon azt találtuk, hogy az indium hiányzik a nanohuzalok oldalfalairól, ahol a GaN/AlGaN héj burritószerűen burkolta be az MQW magot. A kutatók azt találták, hogy ennek a GaN/AlGaN-héjnak az Al-tartalma fokozatosan csökkent a nanohuzalok elektroninjektálási oldaláról a lyukbefecskendezési oldalra. A GaN és AlN belső polarizációs mezőinek különbsége miatt az AlGaN rétegben az Al-tartalom ilyen térfogati gradiense szabad elektronokat indukál, amelyek könnyen beáramolnak az MQW magba, és a polarizációs mező csökkentésével enyhítik a szín instabilitását.
Valójában a kutatók azt találták, hogy az egy mikronnál kisebb átmérőjű eszközök esetében az elektrolumineszcencia vagy az áram által kiváltott fénykibocsátás csúcshullámhossza állandó marad az áraminjektálás változásának nagyságrendjével. Ezenkívül Mi professzor csapata korábban kifejlesztett egy módszert a kiváló minőségű GaN bevonatok szilíciumra történő termesztésére, hogy nanohuzalos ledeket szilíciumra növeszthessen. Így egy µled egy Si hordozón helyezkedik el, készen arra, hogy más CMOS elektronikával integrálható legyen.
Ennek a µlednek könnyen számos lehetséges alkalmazása van. Az eszköz platformja robusztusabbá válik, ahogy a chipbe integrált RGB-kijelző emissziós hullámhossza vörösre bővül.
Feladás időpontja: 2023. január 10