Perinteinen LED on mullistanut valaistuksen ja näytön ylivoimaisen suorituskyvyn ansiosta tehokkuuden, vakauden ja laitteen koon suhteen. LEDit ovat tyypillisesti pinoja ohuita puolijohdekalvoja, joiden sivumitat ovat millimetrejä, paljon pienempiä kuin perinteiset laitteet, kuten hehkulamput ja katodiputket. Nousevat optoelektroniset sovellukset, kuten virtuaali- ja lisätty todellisuus, vaativat kuitenkin mikronin kokoisia tai pienempiä LEDejä. Toivotaan, että mikro- tai submikronin mittakaavan LEDeillä (µledillä) on edelleen monia ylivertaisia ominaisuuksia, joita perinteisillä ledeillä jo on, kuten erittäin vakaa säteily, korkea hyötysuhde ja kirkkaus, erittäin alhainen virrankulutus ja täysvärinen säteily. Vaikka se on noin miljoona kertaa pienempi pinta-alaltaan, mikä mahdollistaa kompaktimman näytön. Tällaiset led-sirut voisivat myös tasoittaa tietä tehokkaammille fotonipiireille, jos niitä voidaan kasvattaa yksisiruina Si:lla ja integroida komplementaariseen metallioksidipuolijohdeelektroniikkaan (CMOS).
Kuitenkin toistaiseksi tällaiset µ-ledit ovat pysyneet vaikeasti havaittavissa, erityisesti vihreästä punaiseen emissioaallonpituusalueella. Perinteinen led µ-led-lähestymistapa on ylhäältä alas -prosessi, jossa InGaN-kvanttikaivo (QW) -kalvot syövytetään mikromittakaavaisiin laitteisiin etsausprosessin avulla. Vaikka ohutkalvo InGaN QW -pohjaiset tio2 µledit ovat herättäneet paljon huomiota monien InGaNin erinomaisten ominaisuuksien, kuten tehokkaan kantoaallon kuljetuksen ja aallonpituuden virittävyyden ansiosta koko näkyvällä alueella, ovat tähän asti vaivanneet sivuseinän kaltaiset ongelmat. korroosiovauriot, jotka pahenevat laitteen koon pienentyessä. Lisäksi polarisaatiokenttien olemassaolon vuoksi niillä on aallonpituuden/värin epävakautta. Tätä ongelmaa varten on ehdotettu ei-polaarisia ja puolipolaarisia InGaN- ja fotonikideonteloratkaisuja, mutta ne eivät ole tällä hetkellä tyydyttäviä.
Light Science and Applications -lehdessä julkaistussa uudessa artikkelissa Annabelin Michiganin yliopiston professorin Zetian Mi:n johtamat tutkijat ovat kehittäneet submikronin mittakaavan vihreän LED iii -nitridin, joka voittaa nämä esteet lopullisesti. Nämä µ-ledit syntetisoitiin selektiivisellä alueellisella plasma-avusteisella molekyylisäteen epitaksialla. Toisin kuin perinteinen ylhäältä alas -lähestymistapa, tässä µled koostuu joukosta nanolankoja, joista kukin on halkaisijaltaan vain 100-200 nm ja joita erottaa kymmeniä nanometrejä. Tämä alhaalta ylös -lähestymistapa välttää olennaisesti sivuseinien korroosiovauriot.
Laitteen valoa emittoiva osa, joka tunnetaan myös nimellä aktiivinen alue, koostuu ydin-kuoren monikvanttikuopparakenteista (MQW), joille on ominaista nanolankamorfologia. Erityisesti MQW koostuu InGaN-kaivosta ja AlGaN-esteestä. Ryhmän III elementtien indiumin, galliumin ja alumiinin adsorboituneiden atomien migraatioeroista johtuen sivuseinillä, havaitsimme, että indium puuttui nanolankojen sivuseinistä, joissa GaN/AlGaN-kuori kietoi MQW-ytimen kuin burrito. Tutkijat havaitsivat, että tämän GaN/AlGaN-kuoren Al-pitoisuus laski vähitellen nanolankojen elektronien injektiopuolelta reiän ruiskutuspuolelle. GaN:n ja AlN:n sisäisten polarisaatiokenttien erosta johtuen AlGaN-kerroksen Al-sisällön tilavuusgradientti indusoi vapaita elektroneja, jotka on helppo virrata MQW-ytimeen ja lievittää värin epävakautta vähentämällä polarisaatiokenttää.
Itse asiassa tutkijat ovat havainneet, että halkaisijaltaan alle mikronin laitteissa elektroluminesenssin tai virran aiheuttaman valon emission huippuaallonpituus pysyy vakiona virran injektion muutoksen suuruusluokkaa. Lisäksi professori Mi:n tiimi on aiemmin kehittänyt menetelmän korkealaatuisten GaN-pinnoitteiden kasvattamiseksi piille nanolankaisten ledien kasvattamiseksi piille. Siten µled istuu Si-substraatilla, joka on valmis integroitavaksi muun CMOS-elektroniikan kanssa.
Tällä µledillä on helposti monia mahdollisia sovelluksia. Laitteen alustasta tulee entistä kestävämpi, kun sirun integroidun RGB-näytön säteilyaallonpituus laajenee punaiseksi.
Postitusaika: 10.1.2023