Tradicionalni LED je revolucionirao područje rasvjete i zaslona zbog svojih vrhunskih performansi u smislu učinkovitosti, stabilnosti i veličine uređaja.LED diode su obično hrpe tankih poluvodičkih filmova s bočnim dimenzijama od milimetara, puno manjim od tradicionalnih uređaja kao što su žarulje sa žarnom niti i katodne cijevi.Međutim, nove optoelektroničke aplikacije, poput virtualne i proširene stvarnosti, zahtijevaju LED diode veličine mikrona ili manje.Nadamo se da će mikro ili submikronske LED diode (µleds) i dalje imati mnoge superiorne kvalitete koje tradicionalne LED diode već imaju, kao što su vrlo stabilna emisija, visoka učinkovitost i svjetlina, ultra niska potrošnja energije i emisija u punoj boji, dok je otprilike milijun puta manje površine, što omogućuje kompaktnije zaslone.Takvi LED čipovi također bi mogli utrti put snažnijim fotonskim krugovima ako se mogu uzgajati kao pojedinačni čipovi na Si i integrirati s komplementarnom elektronikom poluvodiča metalnog oksida (CMOS).
Međutim, do sada su takvi µledovi ostali nedostižni, osobito u rasponu valnih duljina emisije od zelene do crvene.Tradicionalni led µ-led pristup je proces odozgo prema dolje u kojem se InGaN filmovi s kvantnim jažinama (QW) urezuju u mikro uređaje kroz proces jetkanja.Dok su tio2 µled-ovi temeljeni na tankom sloju InGaN QW privukli mnogo pozornosti zbog mnogih izvrsnih svojstava InGaN-a, kao što su učinkovit prijenos nosača i prilagodljivost valne duljine u cijelom vidljivom rasponu, do sada su ih mučili problemi kao što je bočna stijenka oštećenje od korozije koje se pogoršava kako se veličina uređaja smanjuje.Osim toga, zbog postojanja polarizacijskih polja, imaju nestabilnost valne duljine/boje.Za ovaj problem predložena su nepolarna i semipolarna InGaN i rješenja za šupljine fotonskih kristala, ali ona trenutno nisu zadovoljavajuća.
U novom radu objavljenom u Light Science and Applications, istraživači predvođeni Zetianom Miom, profesorom na Sveučilištu Michigan, Annabel, razvili su zeleni LED iii – nitrid submikronske skale koji prevladava ove prepreke jednom zauvijek.Ovi µledovi su sintetizirani selektivnom regionalnom plazma-potpomognutom epitaksijom molekularnog snopa.U oštroj suprotnosti s tradicionalnim pristupom odozgo prema dolje, µled se ovdje sastoji od niza nanožica, svaka promjera samo 100 do 200 nm, odvojenih desecima nanometara.Ovaj pristup odozdo prema gore u biti izbjegava oštećenje bočne stijenke od korozije.
Dio uređaja koji emitira svjetlost, poznat i kao aktivna regija, sastoji se od struktura jezgre i ljuske s više kvantnih jažica (MQW) koje karakterizira morfologija nanožica.Konkretno, MQW se sastoji od InGaN jame i AlGaN barijere.Zbog razlika u migraciji adsorbiranih atoma elemenata Grupe III indija, galija i aluminija na bočnim stijenkama, otkrili smo da indij nedostaje na bočnim stijenkama nanožica, gdje je GaN/AlGaN ljuska omotala jezgru MQW poput burrita.Istraživači su otkrili da se sadržaj Al u ovoj GaN/AlGaN ovojnici postupno smanjivao od strane ubrizgavanja elektrona u nanožice do strane ubrizgavanja rupa.Zbog razlike u unutarnjim polarizacijskim poljima GaN i AlN, takav volumenski gradijent sadržaja Al u sloju AlGaN inducira slobodne elektrone, koji lako ulaze u jezgru MQW i ublažavaju nestabilnost boje smanjenjem polarizacijskog polja.
Zapravo, istraživači su otkrili da za uređaje manje od jednog mikrona u promjeru, vršna valna duljina elektroluminiscencije, ili strujom inducirana emisija svjetlosti, ostaje konstantna na redu veličine promjene u ubrizgavanju struje.Osim toga, tim profesora Mija je prethodno razvio metodu za uzgoj visokokvalitetnih GaN premaza na siliciju za uzgoj nanožičanih LED dioda na siliciju.Stoga se µled nalazi na Si supstratu spremnom za integraciju s drugom CMOS elektronikom.
Ovaj µled lako ima mnoge potencijalne primjene.Platforma uređaja postat će robusnija kako se valna duljina emisije integriranog RGB zaslona na čipu proširi na crveno.
Vrijeme objave: 10. siječnja 2023