Tradycyjne diody LED zrewolucjonizowały dziedzinę oświetlenia i wyświetlaczy ze względu na ich doskonałą wydajność pod względem wydajności.

Tradycyjne diody LED zrewolucjonizowały dziedzinę oświetlenia i wyświetlaczy ze względu na ich doskonałą wydajność pod względem wydajności, stabilności i rozmiaru urządzenia. Diody LED to zazwyczaj stosy cienkich folii półprzewodnikowych o wymiarach bocznych rzędu milimetrów, znacznie mniejszych niż tradycyjne urządzenia, takie jak żarówki i lampy katodowe. Jednak pojawiające się zastosowania optoelektroniczne, takie jak rzeczywistość wirtualna i rozszerzona, wymagają diod LED o wielkości mikronów lub mniejszych. Mamy nadzieję, że diody LED w skali mikro lub submikronowej (µled) nadal będą miały wiele doskonałych właściwości, jakie mają już tradycyjne diody LED, takich jak bardzo stabilna emisja, wysoka wydajność i jasność, wyjątkowo niskie zużycie energii i emisja pełnokolorowych barw. a jednocześnie ma około milion razy mniejszą powierzchnię, co pozwala na bardziej kompaktowe wyświetlacze. Takie chipy ledowe mogłyby również utorować drogę dla potężniejszych obwodów fotonicznych, jeśli można je hodować w jednym chipie na krzemie i zintegrować z komplementarną elektroniką półprzewodników z tlenku metalu (CMOS).

Jednak jak dotąd takie µledy pozostały nieuchwytne, szczególnie w zakresie długości fal emisji od zielonego do czerwonego. Tradycyjne podejście oparte na diodach µ-led to proces odgórny, podczas którego warstewki studni kwantowej (QW) InGaN są trawione w urządzeniach w skali mikro w procesie trawienia. Chociaż cienkowarstwowe diody Tio2 na bazie InGaN QW przyciągają wiele uwagi ze względu na wiele doskonałych właściwości InGaN, takich jak wydajny transport nośnika i możliwość przestrajania długości fali w całym zakresie widzialnym, do tej pory nękały je takie problemy, jak ściana boczna uszkodzenia korozyjne, które pogarszają się w miarę zmniejszania się rozmiaru urządzenia. Ponadto, ze względu na istnienie pól polaryzacyjnych, charakteryzują się one niestabilnością długości fali/koloru. Dla tego problemu zaproponowano rozwiązania niepolarnego i semipolarnego InGaN oraz wnęki kryształu fotonicznego, ale obecnie nie są one zadowalające.

W nowym artykule opublikowanym w Light Science and Applications naukowcy pod kierownictwem Zetiana Mi, profesora na Uniwersytecie Michigan w Annabel, opracowali zieloną diodę LED iii – azotek w skali submikronowej, która raz na zawsze pokonuje te przeszkody. Te µledy zsyntetyzowano metodą selektywnej, regionalnej epitaksji z wiązek molekularnych wspomaganej plazmą. W przeciwieństwie do tradycyjnego podejścia od góry do dołu, µled składa się tutaj z szeregu nanodrutów, każdy o średnicy zaledwie 100 do 200 nm, oddzielonych od siebie dziesiątkami nanometrów. To oddolne podejście zasadniczo pozwala uniknąć uszkodzeń korozyjnych ścian bocznych.

Część emitująca światło urządzenia, zwana również obszarem aktywnym, składa się ze struktur wielu studni kwantowych typu rdzeń-powłoka (MQW), charakteryzujących się morfologią nanodrutów. W szczególności MQW składa się ze studni InGaN i bariery AlGaN. Ze względu na różnice w migracji atomów zaadsorbowanych pierwiastków grupy III, indu, galu i aluminium na ściankach bocznych, odkryliśmy, że na bocznych ściankach nanodrutów brakuje indu, gdzie otoczka GaN/AlGaN owinęła rdzeń MQW jak burrito. Naukowcy odkryli, że zawartość Al w tej powłoce GaN/AlGaN zmniejszała się stopniowo od strony wtrysku elektronów do nanodrutów do strony wtrysku dziur. Ze względu na różnicę w wewnętrznych polach polaryzacji GaN i AlN, taki gradient objętościowy zawartości Al w warstwie AlGaN indukuje wolne elektrony, które łatwo przepływają do rdzenia MQW i łagodzą niestabilność koloru poprzez zmniejszenie pola polaryzacyjnego.

W rzeczywistości naukowcy odkryli, że w przypadku urządzeń o średnicy mniejszej niż jeden mikron szczytowa długość fali elektroluminescencji, czyli emisji światła indukowanej prądem, pozostaje stała i odpowiada rządowi wielkości zmiany wprowadzanego prądu. Ponadto zespół profesora Mi opracował wcześniej metodę hodowania wysokiej jakości powłok GaN na krzemie w celu hodowli diod LED z nanodrutów na krzemie. Zatem µled osadza się na podłożu Si i jest gotowy do integracji z inną elektroniką CMOS.

Ten µled z łatwością ma wiele potencjalnych zastosowań. Platforma urządzenia stanie się bardziej wytrzymała, gdy długość fali emisji zintegrowanego wyświetlacza RGB na chipie rozszerzy się do czerwieni.