Tradicionalne LED so revolucionirale področje razsvetljave in zaslonov zaradi svoje vrhunske zmogljivosti v smislu učinkovitosti, stabilnosti in velikosti naprave.LED diode so običajno nizi tankih polprevodniških filmov s stranskimi dimenzijami milimetrov, ki so veliko manjši od tradicionalnih naprav, kot so žarnice z žarilno nitko in katodne cevi.Vendar pa nastajajoče optoelektronske aplikacije, kot sta virtualna in razširjena resničnost, zahtevajo LED v velikosti mikronov ali manj.Upamo, da imajo mikro- ali submikronske LED diode (µleds) še naprej številne vrhunske lastnosti, ki jih že imajo tradicionalne LED diode, kot so zelo stabilna emisija, visoka učinkovitost in svetlost, izjemno nizka poraba energije in barvna emisija, medtem ko je po površini približno milijonkrat manjši, kar omogoča bolj kompaktne zaslone.Takšni led čipi bi lahko tudi utrli pot zmogljivejšim fotonskim vezjem, če bi jih lahko gojili z enim čipom na Si in integrirali s komplementarno elektroniko polprevodnikov kovinskega oksida (CMOS).
Vendar pa so doslej takšni µleds ostali nedosegljivi, zlasti v območju valovnih dolžin od zelene do rdeče.Tradicionalni pristop led µ-led je postopek od zgoraj navzdol, pri katerem so filmi s kvantnimi vrtinami InGaN (QW) vrezani v naprave v mikro merilu s postopkom jedkanja.Medtem ko so tio2 µled na osnovi tankoslojnega InGaN QW pritegnili veliko pozornosti zaradi številnih odličnih lastnosti InGaN, kot sta učinkovit transport nosilca in nastavljivost valovne dolžine v celotnem vidnem območju, so jih do zdaj pestile težave, kot je stranska stena poškodbe zaradi korozije, ki se poslabšajo, ko se velikost naprave manjša.Poleg tega imajo zaradi obstoja polarizacijskih polj nestabilnost valovne dolžine/barve.Za ta problem so bile predlagane nepolarne in polpolarne rešitve InGaN in fotonske kristalne votline, ki pa trenutno niso zadovoljive.
V novem članku, objavljenem v Light Science and Applications, so raziskovalci, ki jih vodi Zetian Mi, profesor na Univerzi v Michiganu, Annabel, razvili submikronski zeleni LED iii – nitrid, ki enkrat za vselej premaga te ovire.Te µled so bile sintetizirane s selektivno regionalno epitaksijo z molekularnim žarkom s pomočjo plazme.V popolnem nasprotju s tradicionalnim pristopom od zgoraj navzdol je µled tukaj sestavljen iz niza nanožic, od katerih ima vsaka le 100 do 200 nm v premeru, ločenih z desetinami nanometrov.Ta pristop od spodaj navzgor se v bistvu izogne korozijskim poškodbam bočnih sten.
Del naprave, ki oddaja svetlobo, znan tudi kot aktivno območje, je sestavljen iz struktur jedra in lupine z več kvantnimi jamicami (MQW), za katere je značilna morfologija nanožic.Zlasti je MQW sestavljen iz InGaN vrtine in AlGaN pregrade.Zaradi razlik v migraciji adsorbiranih atomov elementov skupine III indija, galija in aluminija na stranskih stenah smo ugotovili, da manjka indij na stranskih stenah nanožic, kjer je lupina GaN/AlGaN ovila jedro MQW kot burrito.Raziskovalci so ugotovili, da se vsebnost Al v tej lupini GaN/AlGaN postopoma zmanjšuje od strani vbrizgavanja elektronov nanožic do strani vbrizgavanja lukenj.Zaradi razlike v notranjih polarizacijskih poljih GaN in AlN takšen volumski gradient vsebnosti Al v plasti AlGaN inducira proste elektrone, ki se zlahka pretakajo v jedro MQW in ublažijo barvno nestabilnost z zmanjšanjem polarizacijskega polja.
Pravzaprav so raziskovalci ugotovili, da pri napravah, manjših od enega mikrona v premeru, največja valovna dolžina elektroluminiscence ali tokovno inducirana emisija svetlobe ostane konstantna glede na velikostni red spremembe v vbrizgavanju toka.Poleg tega je ekipa profesorja Mija predhodno razvila metodo za gojenje visokokakovostnih GaN prevlek na siliciju za gojenje nanožičnih LED na siliciju.Tako se µled nahaja na Si substratu, ki je pripravljen za integracijo z drugo elektroniko CMOS.
Ta µled ima enostavno veliko potencialnih aplikacij.Platforma naprave bo postala robustnejša, ko se bo valovna dolžina emisij vgrajenega RGB zaslona na čipu razširila na rdečo.
Čas objave: 10. januarja 2023