Tradičné LED spôsobili revolúciu v oblasti osvetlenia a displeja vďaka ich vynikajúcemu výkonu z hľadiska účinnosti, stability a veľkosti zariadenia. LED diódy sú zvyčajne stohy tenkých polovodičových filmov s bočnými rozmermi milimetrov, oveľa menšími ako tradičné zariadenia, ako sú žiarovky a katódové trubice. Vznikajúce optoelektronické aplikácie, ako je virtuálna a rozšírená realita, však vyžadujú LED diódy s veľkosťou mikrónov alebo menej. Dúfame, že LED diódy v mikro alebo submikrónovej mierke (µled) budú mať aj naďalej mnohé z vynikajúcich vlastností, ktoré už majú tradičné LED diódy, ako je vysoko stabilné vyžarovanie, vysoká účinnosť a jas, mimoriadne nízka spotreba energie a plnofarebné vyžarovanie, pričom má asi miliónkrát menšiu plochu, čo umožňuje kompaktnejšie displeje. Takéto led čipy by tiež mohli pripraviť cestu pre výkonnejšie fotonické obvody, ak by sa dali pestovať ako jednočipové na Si a integrované s komplementárnou elektronikou oxidu kovu (CMOS).
Doteraz však takéto µledy zostali nepolapiteľné, najmä v rozsahu vlnových dĺžok od zelenej po červenú. Tradičný led µ-led prístup je proces zhora nadol, v ktorom sú filmy s kvantovými jamkami InGaN (QW) leptané do zariadení v mikromeradle pomocou procesu leptania. Zatiaľ čo tenkovrstvové diódy InGaN QW tio2 µled pritiahli veľkú pozornosť vďaka mnohým vynikajúcim vlastnostiam InGaN, ako je efektívny transport nosiča a laditeľnosť vlnových dĺžok v celom viditeľnom rozsahu, doteraz ich trápili problémy, ako napríklad bočná stena. poškodenie koróziou, ktoré sa zhoršuje, keď sa veľkosť zariadenia zmenšuje. Navyše vďaka existencii polarizačných polí majú vlnovú dĺžku/farebnú nestabilitu. Pre tento problém boli navrhnuté nepolárne a semipolárne riešenia dutiny InGaN a fotonického kryštálu, ktoré však v súčasnosti nie sú uspokojivé.
V novom článku publikovanom v Light Science and Applications výskumníci pod vedením profesora Zetian Mi, profesora na University of Michigan, Annabel, vyvinuli submikrónovú zelenú LED iii – nitrid, ktorý raz a navždy prekoná tieto prekážky. Tieto µledy boli syntetizované selektívnou regionálnou plazmou asistovanou epitaxiou molekulárneho lúča. Na rozdiel od tradičného prístupu zhora nadol, µled tu pozostáva z radu nanodrôtov, z ktorých každý má priemer iba 100 až 200 nm, oddelených desiatkami nanometrov. Tento prístup zdola nahor v podstate zabraňuje poškodeniu bočnej steny koróziou.
Svetlo vyžarujúca časť zariadenia, známa aj ako aktívna oblasť, pozostáva zo štruktúr jadro-plášť s viacerými kvantovými jamkami (MQW), ktoré sa vyznačujú morfológiou nanovlákna. MQW pozostáva najmä z InGaN studne a AlGaN bariéry. V dôsledku rozdielov v migrácii adsorbovaných atómov prvkov skupiny III india, gália a hliníka na bočných stenách sme zistili, že indium chýbalo na bočných stenách nanodrôtov, kde obal GaN/AlGaN obalil jadro MQW ako burrito. Výskumníci zistili, že obsah Al v tejto škrupine GaN/AlGaN postupne klesal zo strany nanovlákna so vstrekovaním elektrónov na stranu vstrekovania dier. Vzhľadom na rozdiel vo vnútorných polarizačných poliach GaN a AlN takýto objemový gradient obsahu Al vo vrstve AlGaN indukuje voľné elektróny, ktoré ľahko prúdia do jadra MQW a zmierňujú farebnú nestabilitu znížením polarizačného poľa.
V skutočnosti výskumníci zistili, že pre zariadenia s priemerom menším ako jeden mikrón zostáva maximálna vlnová dĺžka elektroluminiscencie alebo prúdom indukovanej emisie svetla konštantná v ráde veľkosti zmeny v vstrekovaní prúdu. Okrem toho tím profesora Mi už predtým vyvinul metódu na pestovanie vysokokvalitných GaN povlakov na kremíku, aby sa pestovali nanovláknové LED diódy na kremíku. Takto µled sedí na Si substráte pripravený na integráciu s inou elektronikou CMOS.
Tento µled má jednoducho mnoho potenciálnych aplikácií. Platforma zariadenia sa stane robustnejšou, keď sa vlnová dĺžka vyžarovania integrovaného RGB displeja na čipe rozšíri na červenú.
Čas odoslania: 10. januára 2023