Binago ng tradisyonal na LED ang larangan ng pag-iilaw at display dahil sa kanilang superior na pagganap sa mga tuntunin ng kahusayan, katatagan, at laki ng device. Ang mga LED ay karaniwang mga stack ng manipis na semiconductor film na may lateral dimensions na milimetro, na mas maliit kaysa sa mga tradisyonal na device tulad ng incandescent bulbs at cathode tubes. Gayunpaman, ang mga umuusbong na optoelectronic application, tulad ng virtual at augmented reality, ay nangangailangan ng mga LED na may sukat na microns o mas mababa pa. Ang pag-asa ay ang micro – o submicron scale LED (µleds) ay patuloy na magtaglay ng marami sa mga superior na katangian na mayroon na ang mga tradisyonal na LED, tulad ng mataas na stable na emission, mataas na efficiency at brightness, ultra-low power consumption, at full-color emission, habang halos isang milyong beses na mas maliit sa lawak, na nagbibigay-daan para sa mas compact na mga display. Ang ganitong mga LED chip ay maaari ring magbukas ng daan para sa mas malakas na photonic circuits kung ang mga ito ay maaaring palaguin sa single-chip sa Si at maisama sa complementary metal oxide semiconductor (CMOS) electronics.
Gayunpaman, sa ngayon, ang mga naturang µled ay nananatiling mahirap makuha, lalo na sa berde hanggang pulang saklaw ng wavelength ng emisyon. Ang tradisyonal na pamamaraan ng led µ-led ay isang prosesong top-down kung saan ang mga InGaN quantum well (QW) film ay ini-etch sa mga micro-scale device sa pamamagitan ng isang proseso ng pag-etch. Bagama't ang mga thin-film na InGaN QW-based tio2 µled ay nakakuha ng maraming atensyon dahil sa marami sa mga mahusay na katangian ng InGaN, tulad ng mahusay na carrier transport at wavelength tunability sa buong visible range, hanggang ngayon ay sinasalot sila ng mga isyu tulad ng pinsala sa side-wall corrosion na lumalala habang lumiliit ang laki ng device. Bilang karagdagan, dahil sa pagkakaroon ng mga polarization field, mayroon silang wavelength/color instability. Para sa problemang ito, iminungkahi ang mga non-polar at semi-polar na InGaN at photonic crystal cavity solution, ngunit hindi pa ito kasiya-siya sa kasalukuyan.
Sa isang bagong papel na inilathala sa Light Science and Applications, ang mga mananaliksik na pinamumunuan ni Zetian Mi, isang propesor sa University of Michigan, si Annabel, ay nakabuo ng isang submicron scale green LED iii – nitride na minsanan nang malampasan ang mga balakid na ito. Ang mga µled na ito ay na-synthesize sa pamamagitan ng selective regional plasma-assisted molecular beam epitaxy. Kabaligtaran ng tradisyonal na top-down approach, ang µled dito ay binubuo ng isang array ng mga nanowire, bawat isa ay 100 hanggang 200 nm lamang ang diyametro, na pinaghihiwalay ng sampu-sampung nanometer. Ang bottom-up approach na ito ay mahalagang nakakaiwas sa pinsala sa lateral wall corrosion.
Ang bahaging naglalabas ng liwanag ng aparato, na kilala rin bilang aktibong rehiyon, ay binubuo ng mga istrukturang core-shell multiple quantum well (MQW) na nailalarawan sa morpolohiya ng nanowire. Sa partikular, ang MQW ay binubuo ng balon ng InGaN at ng AlGaN barrier. Dahil sa mga pagkakaiba sa adsorbed atom migration ng mga elemento ng Group III na indium, gallium at aluminum sa mga dingding sa gilid, natuklasan namin na nawawala ang indium sa mga dingding sa gilid ng mga nanowire, kung saan ang GaN/AlGaN shell ay bumabalot sa MQW core na parang burrito. Natuklasan ng mga mananaliksik na ang nilalaman ng Al ng GaN/AlGaN shell na ito ay unti-unting bumababa mula sa electron injection side ng mga nanowire patungo sa hole injection side. Dahil sa pagkakaiba sa internal polarization fields ng GaN at AlN, ang ganitong volume gradient ng nilalaman ng Al sa AlGaN layer ay nagdudulot ng mga libreng electron, na madaling dumaloy sa MQW core at nagpapagaan sa kawalang-tatag ng kulay sa pamamagitan ng pagbabawas ng polarization field.
Sa katunayan, natuklasan ng mga mananaliksik na para sa mga aparatong wala pang isang micron ang diyametro, ang peak wavelength ng electroluminescence, o current-induced light emission, ay nananatiling pare-pareho sa isang order ng magnitude ng pagbabago sa current injection. Bukod pa rito, ang pangkat ni Propesor Mi ay dati nang nakabuo ng isang paraan para sa pagpapatubo ng mga de-kalidad na GaN coatings sa silicon upang mapalago ang mga nanowire led sa silicon. Kaya, ang isang µled ay nakapatong sa isang Si substrate na handa nang isama sa iba pang CMOS electronics.
Ang µled na ito ay madaling magkaroon ng maraming potensyal na aplikasyon. Ang plataporma ng device ay magiging mas matatag habang ang emission wavelength ng integrated RGB display sa chip ay lumalawak at nagiging pula.
Oras ng pag-post: Enero 10, 2023