Tradisjonell LED har revolusjonert feltet for belysning og display på grunn av deres overlegne ytelse når det gjelder effektivitet.

Tradisjonell LED har revolusjonert feltet for belysning og display på grunn av deres overlegne ytelse når det gjelder effektivitet, stabilitet og enhetsstørrelse.Lysdioder er vanligvis stabler av tynne halvlederfilmer med laterale dimensjoner på millimeter, mye mindre enn tradisjonelle enheter som glødepærer og katoderør.Imidlertid krever nye optoelektroniske applikasjoner, som virtuell og utvidet virkelighet, lysdioder på størrelse med mikron eller mindre.Håpet er at mikro- eller submikronskala LED (µleds) fortsetter å ha mange av de overlegne kvalitetene som tradisjonelle lysdioder allerede har, for eksempel svært stabil stråling, høy effektivitet og lysstyrke, ultralavt strømforbruk og fullfargeutslipp, mens den er omtrent en million ganger mindre i areal, noe som gir mer kompakte skjermer.Slike led-brikker kan også bane vei for kraftigere fotoniske kretser hvis de kan dyrkes enkeltbrikke på Si og integreres med komplementær metalloksid-halvleder (CMOS) elektronikk.

Men så langt har slike µled vært unnvikende, spesielt i det grønne til røde emisjonsbølgelengdeområdet.Den tradisjonelle ledede µ-ledede tilnærmingen er en ovenfra-ned-prosess der InGaN quantum well (QW) filmer etses inn i mikroskala enheter gjennom en etseprosess.Selv om tynnfilm InGaN QW-baserte tio2 µleds har tiltrukket seg mye oppmerksomhet på grunn av mange av InGaNs utmerkede egenskaper, som effektiv bærertransport og bølgelengdejustering i hele det synlige området, har de til nå vært plaget av problemer som sidevegg. korrosjonsskader som forverres når enhetens størrelse krymper.I tillegg, på grunn av eksistensen av polarisasjonsfelt, har de bølgelengde/farge ustabilitet.For dette problemet har ikke-polare og semi-polare InGaN og fotoniske krystallhulromsløsninger blitt foreslått, men de er ikke tilfredsstillende for tiden.

I en ny artikkel publisert i Light Science and Applications har forskere ledet av Zetian Mi, en professor ved University of Michigan, Annabel, utviklet en grønn LED iii i submikronskala – nitrid som overvinner disse hindringene en gang for alle.Disse µledene ble syntetisert ved selektiv regional plasmaassistert molekylærstråleepitaksi.I sterk kontrast til den tradisjonelle ovenfra-ned-tilnærmingen, består µled her av en rekke nanotråder, hver bare 100 til 200 nm i diameter, atskilt med titalls nanometer.Denne nedenfra og opp-tilnærmingen unngår i hovedsak korrosjonsskader på sideveggene.

Den lysemitterende delen av enheten, også kjent som den aktive regionen, er sammensatt av kjerne-skall-multiple quantum well (MQW) strukturer preget av nanotrådmorfologi.Spesielt består MQW av InGaN-brønnen og AlGaN-barrieren.På grunn av forskjeller i adsorbert atommigrering av gruppe III-elementene indium, gallium og aluminium på sideveggene, fant vi at indium manglet på sideveggene til nanotrådene, der GaN/AlGaN-skallet pakket inn MQW-kjernen som en burrito.Forskerne fant at Al-innholdet i dette GaN/AlGaN-skallet sank gradvis fra elektroninjeksjonssiden av nanotrådene til hullinjeksjonssiden.På grunn av forskjellen i de interne polarisasjonsfeltene til GaN og AlN, induserer en slik volumgradient av Al-innhold i AlGaN-laget frie elektroner, som lett kan strømme inn i MQW-kjernen og lindre fargeustabiliteten ved å redusere polarisasjonsfeltet.

Faktisk har forskerne funnet at for enheter mindre enn én mikron i diameter, forblir toppbølgelengden for elektroluminescens, eller strømindusert lysutslipp, konstant i en størrelsesorden av endringen i strøminjeksjon.I tillegg har professor Mi sitt team tidligere utviklet en metode for å dyrke høykvalitets GaN-belegg på silisium for å dyrke nanotrådlys på silisium.Dermed sitter en µled på et Si-substrat klar for integrasjon med annen CMOS-elektronikk.

Denne µled har lett mange potensielle bruksområder.Enhetsplattformen vil bli mer robust ettersom emisjonsbølgelengden til den integrerte RGB-skjermen på brikken utvides til rødt.