Geleneksel LED'ler, verimlilik, kararlılık ve cihaz boyutu açısından üstün performansları sayesinde aydınlatma ve görüntüleme alanında devrim yaratmıştır. LED'ler, genellikle akkor ampuller ve katot tüpleri gibi geleneksel cihazlardan çok daha küçük, yanal boyutları milimetre olan ince yarı iletken film yığınlarıdır. Ancak sanal ve artırılmış gerçeklik gibi yeni ortaya çıkan optoelektronik uygulamalar, mikron veya daha küçük boyutlu LED'ler gerektirmektedir. Mikro veya alt mikron ölçekli LED'lerin (µLED'ler), yüksek kararlı emisyon, yüksek verimlilik ve parlaklık, ultra düşük güç tüketimi ve tam renkli emisyon gibi geleneksel LED'lerin sahip olduğu birçok üstün özelliğe sahip olmaya devam etmesi ve alan olarak yaklaşık bir milyon kat daha küçük olması sayesinde daha kompakt ekranlara olanak sağlaması umulmaktadır. Bu tür LED yongaları, Si üzerinde tek yonga halinde yetiştirilebilir ve tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) elektroniğiyle entegre edilebilirse, daha güçlü fotonik devrelerin de önünü açabilir.
Ancak şimdiye kadar, bu tür µled'ler, özellikle yeşil ila kırmızı emisyon dalga boyu aralığında, ulaşılması zor olmuştur. Geleneksel led µ-led yaklaşımı, InGaN kuantum kuyusu (QW) filmlerinin aşındırma işlemiyle mikro ölçekli cihazlara aşındırıldığı yukarıdan aşağıya bir işlemdir. İnce film InGaN QW tabanlı tio2 µled'ler, verimli taşıyıcı taşınması ve görünür aralık boyunca dalga boyu ayarlanabilirliği gibi InGaN'nin birçok mükemmel özelliği nedeniyle büyük ilgi görmüş 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 boşluğu çözümleri önerilmiştir, ancak bunlar şu anda tatmin edici değildir.
Light Science and Applications dergisinde yayınlanan yeni bir makalede, Michigan Üniversitesi, Annabel'de profesör olan Zetian Mi liderliğindeki araştırmacılar, bu engelleri bir kez ve tamamen aşan, mikron altı ölçekli yeşil bir LED iii-nitrit geliştirdiler. Bu µLED'ler, seçici bölgesel plazma destekli moleküler ışın epitaksisi ile sentezlendi. Geleneksel yukarıdan aşağıya yaklaşımın tam tersine, buradaki µLED, her biri yalnızca 100 ila 200 nm çapında ve onlarca nanometre aralıklı bir dizi nanotelden oluşuyor. Bu aşağıdan yukarıya yaklaşım, esasen yanal duvar korozyon hasarını önlüyor.
Cihazın ışık yayan kısmı, aktif bölge olarak da bilinir, nanotel morfolojisi ile karakterize edilen çekirdek-kabuk çoklu kuantum kuyusu (MQW) yapılarından oluşur. Özellikle, MQW InGaN kuyusu 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 böyle bir hacim gradyanı, MQW çekirdeğine akması kolay olan ve polarizasyon alanını azaltarak renk kararsızlığını hafifleten serbest elektronları indükler.
Araştırmacılar, çapı bir mikrondan küçük olan cihazlarda, elektrolüminesansın (akım kaynaklı ışık emisyonu) tepe dalga boyunun, akım enjeksiyonundaki değişimin büyüklüğü mertebesinde sabit kaldığını bulmuşlardır. Ayrıca, Profesör Mi'nin ekibi daha önce, silikon üzerinde nanotel LED'ler yetiştirmek için silikon üzerinde yüksek kaliteli GaN kaplamalar yetiştirmek üzere bir yöntem geliştirmişti. Böylece, bir µLED, diğer CMOS elektronikleriyle entegrasyona hazır bir şekilde bir Si alt tabakası üzerinde yer alır.
Bu µLED'in birçok potansiyel uygulaması var. Çip üzerindeki entegre RGB ekranın emisyon dalga boyu kırmızıya genişledikçe, cihaz platformu daha sağlam hale gelecektir.
Gönderi zamanı: 10 Ocak 2023