Tradisionele LED's het die veld van beligting en vertoon gerevolusioneer as gevolg van hul superieure werkverrigting in terme van doeltreffendheid, stabiliteit en toestelgrootte. LED's is tipies stapels dun halfgeleierfilms met laterale afmetings van millimeter, baie kleiner as tradisionele toestelle soos gloeilampe en katodebuise. Opkomende opto-elektroniese toepassings, soos virtuele en toegevoegde realiteit, vereis egter LED's in die grootte van mikron of minder. Die hoop is dat mikro- of submikron-skaal LED's (µleds) steeds baie van die superieure eienskappe het wat tradisionele LED's reeds het, soos hoogs stabiele emissie, hoë doeltreffendheid en helderheid, ultra-lae kragverbruik en volkleuremissie, terwyl hulle ongeveer 'n miljoen keer kleiner in area is, wat meer kompakte vertoonruimtes moontlik maak. Sulke LED-skyfies kan ook die weg baan vir kragtiger fotoniese stroombane as hulle enkel-skyfie op Si gekweek kan word en geïntegreer kan word met komplementêre metaaloksied-halfgeleier (CMOS) elektronika.
Tot dusver het sulke µleds egter ontwykend gebly, veral in die groen tot rooi emissiegolflengtebereik. Die tradisionele led µ-led-benadering is 'n top-down-proses waarin InGaN-kwantumput (QW)-films deur 'n etsproses in mikroskaaltoestelle geëts word. Terwyl dunfilm InGaN QW-gebaseerde tio2 µleds baie aandag getrek het as gevolg van baie van InGaN se uitstekende eienskappe, soos doeltreffende draervervoer en golflengte-instelbaarheid dwarsdeur die sigbare reeks, is hulle tot dusver geteister deur probleme soos sywandkorrosieskade wat vererger namate die toestelgrootte krimp. Daarbenewens het hulle, as gevolg van die bestaan van polarisasievelde, golflengte-/kleuronstabiliteit. Vir hierdie probleem is nie-polêre en semi-polêre InGaN- en fotoniese kristalholte-oplossings voorgestel, maar hulle is tans nie bevredigend nie.
In 'n nuwe artikel gepubliseer in Light Science and Applications, het navorsers onder leiding van Zetian Mi, 'n professor aan die Universiteit van Michigan, Annabel, 'n submikronskaal groen LED iii-nitried ontwikkel wat hierdie struikelblokke eens en vir altyd oorkom. Hierdie µleds is gesintetiseer deur selektiewe streeksplasma-ondersteunde molekulêre bundel-epitaksie. In skrille teenstelling met die tradisionele top-down-benadering, bestaan die µled hier uit 'n skikking van nanodrade, elk slegs 100 tot 200 nm in deursnee, geskei deur tientalle nanometers. Hierdie onder-na-bo-benadering vermy in wese laterale wandkorrosieskade.
Die liguitstralende deel van die toestel, ook bekend as die aktiewe gebied, bestaan uit kern-skil veelvuldige kwantumput (MQW) strukture wat gekenmerk word deur nanodraadmorfologie. In die besonder bestaan die MQW uit die InGaN-put en die AlGaN-versperring. As gevolg van verskille in die geadsorbeerde atoommigrasie van die Groep III-elemente indium, gallium en aluminium op die sywande, het ons gevind dat indium ontbreek het op die sywande van die nanodrade, waar die GaN/AlGaN-dop die MQW-kern soos 'n burrito toegedraai het. Die navorsers het bevind dat die Al-inhoud van hierdie GaN/AlGaN-dop geleidelik afgeneem het van die elektroninspuitingkant van die nanodrade na die gatinspuitingkant. As gevolg van die verskil in die interne polarisasievelde van GaN en AlN, veroorsaak so 'n volumegradiënt van Al-inhoud in die AlGaN-laag vrye elektrone, wat maklik in die MQW-kern vloei en die kleuronstabiliteit verlig deur die polarisasieveld te verminder.
Trouens, die navorsers het bevind dat vir toestelle met 'n deursnee van minder as een mikron, die piekgolflengte van elektroluminessensie, of stroomgeïnduseerde liguitstraling, konstant bly op 'n ordegrootte van die verandering in stroominspuiting. Daarbenewens het professor Mi se span voorheen 'n metode ontwikkel vir die kweek van hoëgehalte GaN-bedekkings op silikon om nanodraad-LED's op silikon te kweek. Dus sit 'n µled op 'n Si-substraat, gereed vir integrasie met ander CMOS-elektronika.
Hierdie µLED het maklik baie potensiële toepassings. Die toestelplatform sal meer robuust word namate die emissiegolflengte van die geïntegreerde RGB-skerm op die skyfie na rooi uitbrei.
Plasingstyd: 10 Januarie 2023