Tradicionālās LED diodes ir revolucionizējušas apgaismojuma un displeju jomu, pateicoties to izcilajai veiktspējai efektivitātes, stabilitātes un ierīces izmēra ziņā. LED diodes parasti ir plānu pusvadītāju plēvju kaudzes ar sānu izmēriem milimetros, kas ir daudz mazāki nekā tradicionālajām ierīcēm, piemēram, kvēlspuldzēm un katoda lampām. Tomēr jaunām optoelektroniskām lietojumprogrammām, piemēram, virtuālajai un paplašinātajai realitātei, ir nepieciešamas LED diodes mikronu vai mazākā izmērā. Pastāv cerība, ka mikro vai submikrona mēroga LED (µleds) joprojām piemīt daudzas no tradicionālajām LED diodēm piemītošajām pārākajām īpašībām, piemēram, ļoti stabila emisija, augsta efektivitāte un spilgtums, īpaši zems enerģijas patēriņš un pilnkrāsu emisija, vienlaikus esot aptuveni miljonu reižu mazākai platībai, kas ļauj izveidot kompaktākus displejus. Šādas LED mikroshēmas varētu arī pavērt ceļu jaudīgākām fotoniskām shēmām, ja tās varētu izaudzēt vienā mikroshēmā uz Si un integrēt ar komplementāro metāla oksīda pusvadītāju (CMOS) elektroniku.
Tomēr līdz šim šādas µlētas diodes ir palikušas grūti izdodas, īpaši zaļā līdz sarkanā emisijas viļņu garuma diapazonā. Tradicionālā µlētu diodu pieeja ir process no augšas uz leju, kurā InGaN kvantu aku (QW) plēves tiek iegravētas mikromēroga ierīcēs, izmantojot kodināšanas procesu. Lai gan plānplēves InGaN QW bāzes tio2 µlētas ir piesaistījušas lielu uzmanību daudzu InGaN izcilo īpašību dēļ, piemēram, efektīva nesēju pārnešana un viļņu garuma regulējamība visā redzamajā diapazonā, līdz šim tās ir mocījušas tādas problēmas kā sānu sienu korozijas bojājumi, kas pasliktinās, samazinoties ierīces izmēram. Turklāt polarizācijas lauku esamības dēļ tām ir viļņa garuma/krāsas nestabilitāte. Šai problēmai ir piedāvāti nepolāri un puspolāri InGaN un fotoniskā kristāla dobuma risinājumi, taču pašlaik tie nav apmierinoši.
Jaunā rakstā, kas publicēts žurnālā Light Science and Applications, pētnieki Mičiganas Universitātes profesora Annabelas vadībā ir izstrādājuši submikrona mēroga zaļu LED iii-nitrīdu, kas uz visiem laikiem pārvar šos šķēršļus. Šīs µl diodes tika sintezētas, izmantojot selektīvu reģionālu plazmas asistētu molekulāro staru epitaksiju. Krasi pretstatā tradicionālajai augšupējai pieejai, šeit µl diode sastāv no nanodrāšu masīva, katrs no kuriem ir tikai 100 līdz 200 nm diametrā, atdalīts ar desmitiem nanometru. Šī lejupējā pieeja būtībā novērš sānu sienu korozijas bojājumus.
Ierīces gaismu emitējošā daļa, kas pazīstama arī kā aktīvais apgabals, sastāv no kodola-apvalka vairāku kvantu aku (MQW) struktūrām, kurām raksturīga nanovadu morfoloģija. Konkrēti, MQW sastāv no InGaN akas un AlGaN barjeras. Sakarā ar atšķirībām III grupas elementu indija, gallija un alumīnija adsorbēto atomu migrācijā uz sānu sienām, mēs atklājām, ka indija trūkst nanovadu sānu sienās, kur GaN/AlGaN apvalks aptvēra MQW kodolu kā burrito. Pētnieki atklāja, ka šī GaN/AlGaN apvalka Al saturs pakāpeniski samazinājās no nanovadu elektronu injekcijas puses uz caurumu injekcijas pusi. GaN un AlN iekšējo polarizācijas lauku atšķirību dēļ šāds Al satura tilpuma gradients AlGaN slānī inducē brīvos elektronus, kuriem ir viegli ieplūst MQW kodolā un mazināt krāsas nestabilitāti, samazinot polarizācijas lauku.
Faktiski pētnieki ir atklājuši, ka ierīcēm, kuru diametrs ir mazāks par vienu mikronu, elektroluminiscences jeb strāvas inducētās gaismas emisijas maksimālais viļņa garums paliek nemainīgs strāvas injekcijas izmaiņu lieluma kārtai atbilstošā lielumā. Turklāt profesora Mi komanda iepriekš ir izstrādājusi metodi augstas kvalitātes GaN pārklājumu audzēšanai uz silīcija, lai uz silīcija audzētu nanovadu gaismas diodes. Tādējādi µl gaismas diode atrodas uz Si substrāta, kas ir gatavs integrācijai ar citu CMOS elektroniku.
Šim µl diodes diodes pielietojums ir daudzās potenciālās jomās. Ierīces platforma kļūs izturīgāka, mikroshēmā integrētā RGB displeja emisijas viļņa garumam paplašinājoties līdz sarkanai krāsai.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 10. janvāris