Традиционални ЛЕД је направио револуцију у области осветљења и дисплеја због својих супериорних перформанси у смислу ефикасности, стабилности и величине уређаја. ЛЕД диоде су обично гомиле танких полупроводничких филмова са бочним димензијама од милиметара, много мање од традиционалних уређаја као што су сијалице са жарном нити и катодне цеви. Међутим, нове оптоелектронске апликације, као што су виртуелна и проширена стварност, захтевају ЛЕД диоде величине микрона или мање. Надамо се да ће ЛЕД (µлед) микро- или субмикронске скале и даље имати многе супериорне квалитете које традиционалне ЛЕД диоде већ имају, као што су високо стабилна емисија, висока ефикасност и осветљеност, ултра-ниска потрошња енергије и емисија у пуној боји, док је око милион пута мања по површини, што омогућава компактније дисплеје. Такви ЛЕД чипови би такође могли отворити пут за моћнија фотонска кола ако се могу узгајати на једном чипу на Си и интегрисати са комплементарном електроником метал-оксидних полупроводника (ЦМОС).
Међутим, до сада су такви µЛЕД-ови остали неухватљиви, посебно у опсегу таласних дужина зелене до црвене емисије. Традиционални лед µ-лед приступ је процес одозго надоле у коме се ИнГаН филмови квантног бунара (КВ) урезују у уређаје микро-размера кроз процес јеткања. Док су танкослојне тио2 µлед базиране на ИнГаН КВ-у привукле велику пажњу због многих одличних својстава ИнГаН-а, као што су ефикасан транспорт носиоца и подесивост таласне дужине у читавом видљивом опсегу, до сада су их мучили проблеми као што је бочни зид оштећења од корозије која се погоршавају како се величина уређаја смањује. Поред тога, због постојања поларизационих поља, они имају нестабилност таласне дужине/боје. За овај проблем су предложена неполарна и полуполарна решења ИнГаН и фотонских кристалних шупљина, али она тренутно нису задовољавајућа.
У новом раду објављеном у Лигхт Сциенце анд Апплицатионс, истраживачи предвођени Зетианом Ми, професором на Универзитету у Мичигену, Анабел, развили су субмикронску скалу зеленог ЛЕД иии - нитрида који превазилази ове препреке једном заувек. Ове µлед су синтетизоване селективном регионалном епитаксијом молекуларног зрака уз помоћ плазме. У потпуној супротности са традиционалним приступом одозго надоле, µлед се овде састоји од низа наножица, од којих свака има само 100 до 200 нм у пречнику, раздвојених десетинама нанометара. Овај приступ одоздо према горе у суштини избегава оштећење бочног зида од корозије.
Део уређаја који емитује светлост, такође познат као активни регион, састоји се од структура вишеструких квантних бунара (МКВ) језгро-љуска које карактерише морфологија наножица. Конкретно, МКВ се састоји од ИнГаН бунара и АлГаН баријере. Због разлика у миграцији адсорбованих атома елемената групе ИИИ индијума, галијума и алуминијума на бочним зидовима, открили смо да недостаје индијум на бочним зидовима наножица, где је омотач ГаН/АлГаН омотао МКВ језгро као бурито. Истраживачи су открили да се садржај Ал у овој ГаН/АлГаН љусци постепено смањивао од стране убризгавања електрона у наножице до стране убризгавања рупа. Због разлике у унутрашњим поларизационим пољима ГаН и АлН, такав запремински градијент садржаја Ал у АлГаН слоју индукује слободне електроне, који лако улазе у језгро МКВ и ублажавају нестабилност боје смањењем поља поларизације.
У ствари, истраживачи су открили да за уређаје мањег од једног микрона у пречнику, вршна таласна дужина електролуминисценције, или струјно индукована емисија светлости, остаје константна на ред величине промене убризгавања струје. Поред тога, тим професора Ми је раније развио методу за узгој висококвалитетних ГаН премаза на силицијуму за узгој наножичних ЛЕД диода на силицијуму. Дакле, µлед се налази на Си супстрату спремном за интеграцију са другом ЦМОС електроником.
Овај µлед лако има много потенцијалних примена. Платформа уређаја ће постати робуснија како се таласна дужина емисије интегрисаног РГБ екрана на чипу шири до црвене боје.
Време поста: Јан-10-2023