Традиционният светодиод направи революция в областта на осветлението и дисплея поради превъзходното им представяне по отношение на ефективността.

Традиционният светодиод направи революция в областта на осветлението и дисплея поради превъзходното им представяне по отношение на ефективност, стабилност и размер на устройството.Светодиодите обикновено са купчини от тънки полупроводникови филми със странични размери от милиметри, много по-малки от традиционните устройства като крушки с нажежаема жичка и катодни тръби.Но нововъзникващите оптоелектронни приложения, като виртуална и разширена реалност, изискват светодиоди с размер микрони или по-малко.Надеждата е, че светодиодите с микро- или субмикронен мащаб (µleds) продължават да притежават много от превъзходните качества, които вече притежават традиционните светодиоди, като високо стабилно излъчване, висока ефективност и яркост, ултра ниска консумация на енергия и пълноцветно излъчване, като същевременно е около милион пъти по-малък по площ, което позволява по-компактни дисплеи.Такива светодиодни чипове биха могли също така да проправят пътя за по-мощни фотонни вериги, ако могат да бъдат отгледани с един чип върху Si и интегрирани с комплементарна електроника от полупроводникови метални оксиди (CMOS).

Досега обаче такива µled остават неуловими, особено в диапазона на дължината на вълната на зелено до червено излъчване.Традиционният led µ-led подход е процес отгоре надолу, при който InGaN филми с квантови ямки (QW) се гравират в микромащабни устройства чрез процес на ецване.Докато тънкослойните InGaN QW-базирани tio2 µled привлякоха много внимание поради много от отличните свойства на InGaN, като ефективен транспорт на носителя и възможност за настройка на дължината на вълната във видимия диапазон, досега те бяха измъчвани от проблеми като страничната стена щети от корозия, които се влошават с намаляване на размера на устройството.В допълнение, поради наличието на поляризационни полета, те имат нестабилност на дължината на вълната/цвета.За този проблем са предложени решения за неполярни и полуполярни InGaN и фотонни кристални кухини, но те не са задоволителни в момента.

В нова статия, публикувана в Light Science and Applications, изследователи, ръководени от Зетиан Ми, професор в Мичиганския университет, Анабел, са разработили субмикронен зелен светодиод iii – нитрид, който преодолява тези пречки веднъж завинаги.Тези µleds бяха синтезирани чрез селективна регионална епитаксия с молекулен лъч, подпомагана от плазма.В рязък контраст с традиционния подход отгоре надолу, µled тук се състои от масив от нанопроводници, всяка от които е само 100 до 200 nm в диаметър, разделени от десетки нанометри.Този подход отдолу нагоре по същество избягва повреда от корозия на страничната стена.

Светлоизлъчващата част на устройството, известна още като активна област, е съставена от структури с множество квантови ямки (MQW), характеризиращи се с морфология на нанопроводници.По-специално, MQW се състои от InGaN ямка и AlGaN бариера.Поради разликите в миграцията на адсорбираните атоми на елементите от група III индий, галий и алуминий по страничните стени, открихме, че индий липсва по страничните стени на нанопроводниците, където обвивката GaN/AlGaN обвива ядрото на MQW като бурито.Изследователите установиха, че съдържанието на Al в тази GaN/AlGaN обвивка намалява постепенно от страната на инжектиране на електрони на нанопроводниците към страната на инжектиране на дупки.Поради разликата във вътрешните поляризационни полета на GaN и AlN, такъв обемен градиент на съдържанието на Al в слоя AlGaN индуцира свободни електрони, които лесно преминават в сърцевината на MQW и облекчават нестабилността на цвета чрез намаляване на поляризационното поле.

Всъщност изследователите са открили, че за устройства, по-малки от един микрон в диаметър, пиковата дължина на вълната на електролуминесценцията или предизвиканата от тока светлинна емисия остава постоянна в порядъка на промяната в инжектирането на ток.В допълнение, екипът на професор Ми е разработил преди това метод за отглеждане на висококачествени GaN покрития върху силиций за отглеждане на наножични светодиоди върху силиций.По този начин µled се намира върху Si субстрат, готов за интегриране с друга CMOS електроника.

Този µled лесно има много потенциални приложения.Платформата на устройството ще стане по-здрава, тъй като дължината на вълната на излъчване на интегрирания RGB дисплей на чипа се разширява до червено.