Traditionel LED har revolutioneret området for belysning og display på grund af deres overlegne ydeevne med hensyn til effektivitet, stabilitet og enhedsstørrelse.LED'er er typisk stakke af tynde halvlederfilm med laterale dimensioner på millimeter, meget mindre end traditionelle enheder såsom glødepærer og katoderør.Nye optoelektroniske applikationer, såsom virtuel og augmented reality, kræver imidlertid lysdioder i størrelsen mikron eller mindre.Håbet er, at mikro- eller submikronskala LED (µleds) fortsat har mange af de overlegne kvaliteter, som traditionelle lysdioder allerede har, såsom meget stabil emission, høj effektivitet og lysstyrke, ultralavt strømforbrug og fuldfarve emission, mens den er omkring en million gange mindre i areal, hvilket giver mulighed for mere kompakte skærme.Sådanne led-chips kunne også bane vejen for mere kraftfulde fotoniske kredsløb, hvis de kan dyrkes single-chip på Si og integreres med komplementær metaloxid-halvleder-elektronik (CMOS).
Indtil videre er sådanne µled dog forblevet undvigende, især i det grønne til røde emissionsbølgelængdeområde.Den traditionelle led µ-led tilgang er en top-down proces, hvor InGaN quantum well (QW) film ætses til mikroskalaenheder gennem en ætsningsproces.Mens tyndfilm InGaN QW-baserede tio2 µleds har tiltrukket sig stor opmærksomhed på grund af mange af InGaN's fremragende egenskaber, såsom effektiv transport af bærer og bølgelængdejustering i hele det synlige område, har de indtil nu været plaget af problemer som sidevæg. korrosionsskader, der forværres, efterhånden som enhedens størrelse krymper.Derudover har de på grund af eksistensen af polarisationsfelter bølgelængde/farve ustabilitet.Til dette problem er ikke-polære og semi-polære InGaN og fotoniske krystalhulrumsløsninger blevet foreslået, men de er ikke tilfredsstillende på nuværende tidspunkt.
I et nyt papir offentliggjort i Light Science and Applications har forskere ledet af Zetian Mi, professor ved University of Michigan, Annabel, udviklet en grøn LED iii i submikronskala - nitrid, der overvinder disse forhindringer én gang for alle.Disse µleds blev syntetiseret ved selektiv regional plasma-assisteret molekylær stråleepitaksi.I skarp kontrast til den traditionelle top-down tilgang består µled her af en række nanotråde, hver kun 100 til 200 nm i diameter, adskilt af titusinder af nanometer.Denne bottom-up tilgang undgår i det væsentlige sidevægskorrosionsskader.
Den lysemitterende del af enheden, også kendt som den aktive region, er sammensat af kerne-skal multiple quantum well (MQW) strukturer karakteriseret ved nanowire morfologi.MQW består især af InGaN-brønden og AlGaN-barrieren.På grund af forskelle i adsorberet atommigrering af gruppe III-elementerne indium, gallium og aluminium på sidevæggene, fandt vi ud af, at indium manglede på sidevæggene af nanotrådene, hvor GaN/AlGaN-skallen pakkede MQW-kernen ind som en burrito.Forskerne fandt ud af, at Al-indholdet i denne GaN/AlGaN-skal faldt gradvist fra elektroninjektionssiden af nanotrådene til hulinjektionssiden.På grund af forskellen i de interne polarisationsfelter af GaN og AlN inducerer en sådan volumengradient af Al-indhold i AlGaN-laget frie elektroner, som er lette at strømme ind i MQW-kernen og afhjælper farveustabiliteten ved at reducere polarisationsfeltet.
Faktisk har forskerne fundet ud af, at for enheder mindre end en mikron i diameter forbliver spidsbølgelængden af elektroluminescens eller strøminduceret lysemission konstant i en størrelsesorden af ændringen i strøminjektion.Derudover har professor Mi's team tidligere udviklet en metode til dyrkning af højkvalitets GaN-belægninger på silicium til at dyrke nanotrådsled på silicium.Således sidder en µled på et Si-substrat klar til integration med anden CMOS-elektronik.
Denne µled har nemt mange potentielle anvendelser.Enhedsplatformen bliver mere robust, efterhånden som emissionsbølgelængden af den integrerede RGB-skærm på chippen udvides til rød.
Indlægstid: Jan-10-2023