Tradicionalna LED je revolucionirala polje rasvjete i displeja zbog svojih superiornih performansi u smislu efikasnosti, stabilnosti i veličine uređaja. LED diode su obično hrpe tankih poluvodičkih filmova sa bočnim dimenzijama od milimetara, mnogo manje od tradicionalnih uređaja kao što su žarulje sa žarnom niti i katodne cijevi. Međutim, nove optoelektronske aplikacije, kao što su virtualna i proširena stvarnost, zahtijevaju LED diode veličine mikrona ili manje. Nadamo se da će LED (µled) mikro- ili submikronske skale i dalje imati mnoge superiorne kvalitete koje tradicionalne LED diode već imaju, kao što su visoko stabilna emisija, visoka efikasnost i svjetlina, ultra-niska potrošnja energije i emisija u punoj boji, dok je oko milion puta manja po površini, što omogućava kompaktnije displeje. Takvi LED čipovi bi također mogli utrti put snažnijim fotonskim krugovima ako se mogu uzgajati kao jedan čip na Si i integrirati s komplementarnom elektronikom metal-oksidnih poluvodiča (CMOS).
Međutim, do sada su takvi µled-ovi ostali nedostižni, posebno u rasponu talasnih dužina zelene do crvene emisije. Tradicionalni led µ-led pristup je proces odozgo prema dolje u kojem se InGaN filmovi kvantnih bunara (QW) urezuju u uređaje mikro-razmjera kroz proces jetkanja. Dok su tankoslojne InGaN QW bazirane tio2 µled privukle veliku pažnju zbog mnogih odličnih svojstava InGaN-a, kao što su efikasan transport nosioca i podesivost talasne dužine u cijelom vidljivom rasponu, do sada su ih mučili problemi kao što je bočni zid oštećenja od korozije koja se pogoršavaju kako se veličina uređaja smanjuje. Osim toga, zbog postojanja polarizacionih polja, oni imaju nestabilnost talasne dužine/boje. Za ovaj problem predložena su nepolarna i polupolarna rješenja InGaN i fotonskih kristalnih šupljina, ali ona trenutno nisu zadovoljavajuća.
U novom radu objavljenom u Light Science and Applications, istraživači predvođeni Zetianom Mi, profesorom na Univerzitetu Michigan, Annabel, razvili su submikronsku skalu zelenog LED iii – nitrida koji prevazilazi ove prepreke jednom zauvijek. Ove µled su sintetizirane selektivnom regionalnom plazmom potpomognutom molekularnom epitaksijom. Za razliku od tradicionalnog pristupa odozgo prema dolje, µled se ovdje sastoji od niza nanožica, od kojih svaka ima samo 100 do 200 nm u prečniku, razdvojenih desetinama nanometara. Ovaj pristup odozdo prema gore u suštini izbjegava oštećenje bočne stijenke od korozije.
Dio uređaja koji emituje svjetlost, također poznat kao aktivna regija, sastoji se od struktura višestrukih kvantnih bunara (MQW) jezgro-ljuska koje karakterizira morfologija nanožica. Konkretno, MQW se sastoji od InGaN bušotine i AlGaN barijere. Zbog razlika u migraciji adsorbiranih atoma elemenata grupe III indija, galija i aluminija na bočnim stijenkama, otkrili smo da nedostaje indij na bočnim stijenkama nanožica, gdje je GaN/AlGaN ljuska obavijala MQW jezgro kao burrito. Istraživači su otkrili da se sadržaj Al u ovoj GaN/AlGaN ljusci postepeno smanjivao od strane ubrizgavanja elektrona u nanožice do strane ubrizgavanja rupa. Zbog razlike u unutrašnjim polarizacionim poljima GaN i AlN, takav volumni gradijent sadržaja Al u AlGaN sloju indukuje slobodne elektrone, koji lako ulaze u MQW jezgro i ublažavaju nestabilnost boje smanjenjem polja polarizacije.
U stvari, istraživači su otkrili da za uređaje manjeg od jednog mikrona u prečniku, vršna talasna dužina elektroluminescencije, ili strujno indukovana emisija svetlosti, ostaje konstantna na redu veličine promene ubrizgavanja struje. Osim toga, tim profesora Mi je prethodno razvio metodu za uzgoj visokokvalitetnih GaN premaza na silicijumu za uzgoj nanožičnih LED dioda na silicijumu. Dakle, µled se nalazi na Si supstratu spremnom za integraciju sa drugom CMOS elektronikom.
Ovaj µled lako ima mnogo potencijalnih primjena. Platforma uređaja će postati robusnija kako se talasna dužina emisije integrisanog RGB ekrana na čipu širi do crvene boje.
Vrijeme objave: Jan-10-2023