LED-ul tradițional a revoluționat domeniul luminii și afișajului datorită performanței lor superioare în ceea ce privește eficiența, stabilitatea și dimensiunea dispozitivului. LED-urile sunt de obicei stive de filme subțiri semiconductoare cu dimensiuni laterale de milimetri, mult mai mici decât dispozitivele tradiționale, cum ar fi becurile incandescente și tuburile catodice. Cu toate acestea, aplicațiile optoelectronice emergente, cum ar fi realitatea virtuală și augmentată, necesită LED-uri de dimensiunea de microni sau mai puțin. Speranța este că LED-urile la scară micro sau submicroanică (µled-uri) continuă să aibă multe dintre calitățile superioare pe care le-urile tradiționale le au deja, cum ar fi emisia foarte stabilă, eficiența și luminozitatea ridicate, consumul de energie ultra-scăzut și emisia full-color, în timp ce are o suprafață de aproximativ un milion de ori mai mică, permițând afișaje mai compacte. Astfel de cipuri cu led ar putea deschide calea pentru circuite fotonice mai puternice dacă pot fi cultivate cu un singur cip pe Si și integrate cu electronice semiconductoare de oxid de metal complementare (CMOS).
Cu toate acestea, până acum, astfel de µleduri au rămas evazive, în special în intervalul de lungimi de undă de emisie de la verde la roșu. Abordarea tradițională cu led µ-led este un proces de sus în jos în care filmele cu puțuri cuantice InGaN (QW) sunt gravate în dispozitive la scară micro printr-un proces de gravare. În timp ce µled-urile tio2 InGaN QW cu peliculă subțire au atras multă atenție datorită multor proprietăți excelente ale InGaN, cum ar fi transportul eficient al purtătorului și reglabilitatea lungimii de undă în întreaga gamă vizibilă, până acum au fost afectate de probleme precum pereții laterali. deteriorarea coroziunii care se agravează pe măsură ce dimensiunea dispozitivului se micșorează. În plus, datorită existenței câmpurilor de polarizare, acestea au instabilitate lungime de undă/culoare. Pentru această problemă, au fost propuse soluții InGaN nepolare și semipolare și cavitate de cristal fotonic, dar nu sunt satisfăcătoare în prezent.
Într-o nouă lucrare publicată în Light Science and Applications, cercetătorii conduși de Zetian Mi, profesor la Universitatea din Michigan, Annabel, au dezvoltat un LED verde la scară submicronică iii – nitrură care depășește aceste obstacole odată pentru totdeauna. Aceste µled-uri au fost sintetizate prin epitaxie selectivă a fasciculului molecular asistată de plasmă regională. Spre deosebire de abordarea tradițională de sus în jos, µled-ul constă dintr-o serie de nanofire, fiecare cu un diametru de doar 100 până la 200 nm, separate de zeci de nanometri. Această abordare de jos în sus evită în esență deteriorarea coroziunii peretelui lateral.
Partea emițătoare de lumină a dispozitivului, cunoscută și sub numele de regiunea activă, este compusă din structuri cu puțuri cuantice multiple (MQW) nucleu-cochiliu caracterizate prin morfologia nanofirelor. În special, MQW constă din puțul InGaN și bariera AlGaN. Datorită diferențelor de migrare a atomului adsorbit a elementelor din grupa III indiu, galiu și aluminiu de pe pereții laterali, am constatat că indiul lipsea de pe pereții laterali ai nanofirelor, unde învelișul GaN/AlGaN a înfășurat miezul MQW ca un burrito. Cercetătorii au descoperit că conținutul de Al al acestui înveliș de GaN/AlGaN a scăzut treptat de la partea de injecție de electroni a nanofirelor la partea de injecție a orificiilor. Datorită diferenței dintre câmpurile interne de polarizare ale GaN și AlN, un astfel de gradient de volum al conținutului de Al în stratul de AlGaN induce electroni liberi, care pot curge ușor în miezul MQW și atenuează instabilitatea culorii prin reducerea câmpului de polarizare.
De fapt, cercetătorii au descoperit că pentru dispozitivele cu diametrul mai mic de un micron, lungimea de undă de vârf a electroluminiscenței, sau emisia de lumină indusă de curent, rămâne constantă pe un ordin de mărime al modificării injecției curente. În plus, echipa profesorului Mi a dezvoltat anterior o metodă de creștere a acoperirilor GaN de înaltă calitate pe siliciu pentru a crește led-uri cu nanofir pe siliciu. Astfel, un µled se așează pe un substrat Si pregătit pentru integrare cu alte electronice CMOS.
Acest µled are cu ușurință multe aplicații potențiale. Platforma dispozitivului va deveni mai robustă pe măsură ce lungimea de undă de emisie a afișajului RGB integrat pe cip se extinde la roșu.
Ora postării: 10-ian-2023