Geleneksel LED, verimlilik, kararlılık ve cihaz boyutu açısından üstün performansları nedeniyle aydınlatma ve görüntüleme alanında devrim yaratmıştır. LED'ler genellikle akkor ampuller ve katot tüpleri gibi geleneksel cihazlardan çok daha küçük olan milimetrelik yanal boyutlara sahip ince yarı iletken film yığınlarıdır. Ancak sanal ve artırılmış gerçeklik gibi ortaya çıkan optoelektronik uygulamalar, mikron veya daha küçük boyutlarda LED'ler gerektirir. Umut, mikro veya alt mikron ölçekli LED'lerin (µled'ler) oldukça kararlı emisyon, yüksek verimlilik ve parlaklık, ultra düşük güç tüketimi ve tam renkli emisyon gibi geleneksel LED'lerin zaten sahip olduğu birçok üstün niteliğe sahip olmaya devam etmesi ve alan olarak yaklaşık bir milyon kat daha küçük olması ve daha kompakt ekranlara olanak sağlamasıdır. Bu tür LED çipleri, Si üzerinde tek çipli olarak yetiştirilebilir ve tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) elektroniğiyle entegre edilebilirlerse daha güçlü fotonik devrelerin yolunu da açabilir.
Ancak, şimdiye kadar, bu tür µled'ler, özellikle yeşil ila kırmızı emisyon dalga boyu aralığında, ulaşılması zor kalmıştır. Geleneksel led µ-led yaklaşımı, InGaN kuantum kuyusu (QW) filmlerinin bir aşındırma işlemi yoluyla mikro ölçekli cihazlara aşındırıldığı yukarıdan aşağıya bir işlemdir. İnce film InGaN QW tabanlı tio2 µled'ler, verimli taşıyıcı taşıma ve görünür aralık boyunca dalga boyu ayarlanabilirliği gibi InGaN'nin birçok mükemmel özelliği nedeniyle çok fazla ilgi çekmiş olsa da, şimdiye kadar cihaz boyutu küçüldükçe kötüleşen yan duvar korozyon hasarı gibi sorunlarla boğuşmuşlardır. Ayrıca, polarizasyon alanlarının varlığı nedeniyle, dalga boyu/renk kararsızlığına sahiptirler. Bu sorun için, polar olmayan ve yarı polar InGaN ve fotonik kristal boşluk çözümleri önerilmiştir, ancak bunlar şu anda tatmin edici değildir.
Light Science and Applications'da yayınlanan yeni bir makalede, Michigan Üniversitesi, Annabel'de profesör olan Zetian Mi liderliğindeki araştırmacılar, bu engelleri bir kez ve herkes için aşan bir alt mikron ölçekli yeşil LED iii – nitrür geliştirdiler. Bu µled'ler, seçici bölgesel plazma destekli moleküler ışın epitaksisi ile sentezlendi. Geleneksel yukarıdan aşağıya yaklaşımın tam tersine, buradaki µled, her biri sadece 100 ila 200 nm çapında, onlarca nanometre ile ayrılmış bir dizi nanotelden oluşuyor. Bu aşağıdan yukarıya yaklaşım, esasen yanal duvar korozyon hasarını önler.
Cihazın ışık yayan kısmı, aktif bölge olarak da bilinir ve nanotel morfolojisi ile karakterize edilen çekirdek-kabuk çoklu kuantum kuyusu (MQW) yapılarından oluşur. Özellikle MQW, InGaN kuyusundan ve AlGaN bariyerinden oluşur. Grup III elementleri indiyum, galyum ve alüminyumun yan duvarlarda adsorbe edilen atom göçündeki farklılıklar nedeniyle, GaN/AlGaN kabuğunun MQW çekirdeğini bir burrito gibi sardığı nanotellerin yan duvarlarında indiyumun eksik olduğunu bulduk. Araştırmacılar, bu GaN/AlGaN kabuğunun Al içeriğinin nanotellerin elektron enjeksiyon tarafından delik enjeksiyon tarafına doğru kademeli olarak azaldığını buldular. GaN ve AlN'nin iç polarizasyon alanlarındaki fark nedeniyle, AlGaN katmanındaki Al içeriğinin bu hacim gradyanı, MQW çekirdeğine akması kolay olan ve polarizasyon alanını azaltarak renk kararsızlığını hafifleten serbest elektronları indükler.
Aslında araştırmacılar, çapı bir mikrondan daha küçük olan cihazlar için elektrolüminesansın veya akım kaynaklı ışık emisyonunun tepe dalga boyunun, akım enjeksiyonundaki değişimin bir mertebesinde sabit kaldığını buldular. Ek olarak, Profesör Mi'nin ekibi daha önce silikon üzerinde yüksek kaliteli GaN kaplamaları büyütmek için bir yöntem geliştirdi ve silikon üzerinde nanotel led'ler büyüttü. Böylece, bir µled diğer CMOS elektronikleriyle entegrasyona hazır bir şekilde bir Si alt tabakasının üzerinde oturur.
Bu µled'in birçok potansiyel uygulaması vardır. Çip üzerindeki entegre RGB ekranının emisyon dalga boyu kırmızıya genişledikçe cihaz platformu daha sağlam hale gelecektir.
Gönderi zamanı: 10-Oca-2023