Tradiční LED způsobila revoluci v oblasti osvětlení a displeje díky jejich vynikajícímu výkonu z hlediska účinnosti, stability a velikosti zařízení.LED diody jsou obvykle stohy tenkých polovodičových filmů s bočními rozměry milimetrů, mnohem menší než tradiční zařízení, jako jsou žárovky a katodové trubice.Vznikající optoelektronické aplikace, jako je virtuální a rozšířená realita, však vyžadují LED o velikosti mikronů nebo méně.Doufáme, že mikro-nebo submikronové LED (µledy) budou mít i nadále mnoho vynikajících kvalit, které již tradiční LED diody mají, jako je vysoce stabilní vyzařování, vysoká účinnost a jas, extrémně nízká spotřeba energie a plnobarevné vyzařování, a zároveň je asi milionkrát menší, což umožňuje kompaktnější displeje.Takové led čipy by také mohly připravit cestu pro výkonnější fotonické obvody, pokud je lze pěstovat jako jednočip na Si a integrovat je s komplementární elektronikou z oxidu kovu (CMOS).
Doposud však takové µledy zůstávaly nepolapitelné, zejména v rozmezí vlnových délek od zelené do červené.Tradiční led µ-led přístup je proces shora dolů, ve kterém jsou filmy InGaN kvantové jamky (QW) leptány do mikroměřítek pomocí procesu leptání.Zatímco tenkovrstvé tio2 µled InGaN na bázi QW přitahovaly velkou pozornost díky mnoha vynikajícím vlastnostem InGaN, jako je efektivní transport nosičů a laditelnost vlnových délek v celém viditelném rozsahu, až dosud byly sužovány problémy, jako je boční stěna poškození korozí, které se zhoršuje se zmenšováním velikosti zařízení.Navíc díky existenci polarizačních polí mají vlnovou délku/barevnou nestabilitu.Pro tento problém byla navržena nepolární a semipolární řešení dutin InGaN a fotonického krystalu, která však v současnosti nejsou uspokojivá.
V novém článku publikovaném v Light Science and Applications výzkumníci pod vedením profesora Zetian Mi, profesora na University of Michigan, Annabel, vyvinuli submikronovou zelenou LED iii – nitrid, který tyto překážky překoná jednou provždy.Tyto µledy byly syntetizovány selektivní regionální epitaxí molekulárního paprsku za pomoci plazmy.Na rozdíl od tradičního přístupu shora dolů se µled zde skládá z řady nanodrátů, každý o průměru pouze 100 až 200 nm, oddělených desítkami nanometrů.Tento přístup zdola nahoru v podstatě zabraňuje poškození bočních stěn korozí.
Světlo emitující část zařízení, známá také jako aktivní oblast, je složena ze struktur jádro-plášť mnohonásobných kvantových jamek (MQW) charakterizovaných morfologií nanodrátů.Konkrétně se MQW skládá z InGaN vrtu a AlGaN bariéry.Kvůli rozdílům v adsorbované migraci atomů prvků skupiny III india, galia a hliníku na bočních stěnách jsme zjistili, že indium chybělo na bočních stěnách nanodrátů, kde obal GaN/AlGaN obalil jádro MQW jako burrito.Výzkumníci zjistili, že obsah Al v této skořápce GaN/AlGaN se postupně snižoval ze strany nanodrátů se vstřikováním elektronů na stranu vstřikování děr.Vzhledem k rozdílu ve vnitřních polarizačních polích GaN a AlN takový objemový gradient obsahu Al ve vrstvě AlGaN indukuje volné elektrony, které snadno proudí do jádra MQW a zmírňují barevnou nestabilitu snížením polarizačního pole.
Ve skutečnosti výzkumníci zjistili, že u zařízení s průměrem menším než jeden mikron zůstává maximální vlnová délka elektroluminiscence nebo proudem indukované emise světla konstantní v řádu velikosti změny vstřikování proudu.Kromě toho tým profesora Mi již dříve vyvinul metodu pro pěstování vysoce kvalitních povlaků GaN na křemíku pro pěstování nanovláknových LED na křemíku.µled tedy sedí na Si substrátu a je připraven pro integraci s další elektronikou CMOS.
Tento µled má snadno mnoho potenciálních aplikací.Platforma zařízení se stane robustnější, jak se vlnová délka vyzařování integrovaného RGB displeje na čipu rozšíří do červena.
Čas odeslání: 10. ledna 2023