O LED tradicional revolucionou o campo da iluminación e da pantalla debido ao seu rendemento superior en termos de eficiencia, estabilidade e tamaño do dispositivo. Os LED adoitan ser pilas de finas películas de semicondutores cunhas dimensións laterais de milímetros, moito máis pequenas que os dispositivos tradicionais como as lámpadas incandescentes e os tubos catódicos. Non obstante, as aplicacións optoelectrónicas emerxentes, como a realidade virtual e aumentada, requiren LEDs do tamaño de micras ou menos. A esperanza é que os LED de escala micro ou submicrón (µleds) continúen tendo moitas das calidades superiores que xa teñen os leds tradicionais, como a emisión altamente estable, alta eficiencia e brillo, consumo de enerxía ultra baixo e emisión a toda cor. á vez que é un millón de veces máis pequena en superficie, o que permite pantallas máis compactas. Estes chips led tamén poderían allanar o camiño para circuítos fotónicos máis potentes se poden cultivarse nun só chip en Si e integrados con electrónica complementaria de semicondutores de óxido metálico (CMOS).
Non obstante, ata agora, estes µleds permaneceron esquivos, especialmente no rango de lonxitudes de onda de emisión de verde a vermello. O enfoque tradicional µ-led led é un proceso de arriba abaixo no que as películas de pozos cuánticos InGaN (QW) son gravadas en dispositivos a microescala mediante un proceso de gravado. Aínda que os µled tio2 baseados en InGaN QW de película delgada atraeron moita atención debido a moitas das excelentes propiedades de InGaN, como o transporte eficiente de portadores e a sintonización da lonxitude de onda en todo o rango visible, ata agora estiveron afectados por problemas como a parede lateral. danos por corrosión que empeoran a medida que se reduce o tamaño do dispositivo. Ademais, debido á existencia de campos de polarización, presentan inestabilidade de lonxitude de onda/cor. Para este problema propuxéronse solucións de InGaN apolares e semipolares e de cavidade de cristal fotónico, pero non son satisfactorias na actualidade.
Nun novo artigo publicado en Light Science and Applications, os investigadores dirixidos por Zetian Mi, profesor da Universidade de Michigan, Annabel, desenvolveron un LED verde iii a escala submicrónica: nitruro que supera estes obstáculos dunha vez por todas. Estes µleds foron sintetizados por epitaxia selectiva rexional de feixe molecular asistida por plasma. En marcado contraste co enfoque tradicional de arriba abaixo, o µled aquí consiste nunha matriz de nanocables, cada un de só 100 a 200 nm de diámetro, separados por decenas de nanómetros. Este enfoque ascendente evita esencialmente danos por corrosión das paredes laterales.
A parte emisora de luz do dispositivo, tamén coñecida como rexión activa, está composta por estruturas de pozo cuántico múltiple (MQW) núcleo-shell caracterizadas pola morfoloxía de nanocables. En particular, o MQW consiste no pozo InGaN e na barreira AlGaN. Debido ás diferenzas na migración de átomos adsorbidos dos elementos do Grupo III indio, galio e aluminio nas paredes laterais, descubrimos que faltaba indio nas paredes laterais dos nanocables, onde a capa de GaN/AlGaN envolvía o núcleo MQW como un burrito. Os investigadores descubriron que o contido de Al desta capa de GaN/AlGaN diminuíu gradualmente dende o lado de inxección de electróns dos nanocables ata o lado de inxección do burato. Debido á diferenza nos campos de polarización internos de GaN e AlN, tal gradiente de volume do contido de Al na capa de AlGaN induce electróns libres, que son fáciles de fluír ao núcleo MQW e alivian a inestabilidade da cor reducindo o campo de polarización.
De feito, os investigadores descubriron que para dispositivos de menos dunha micra de diámetro, a lonxitude de onda máxima da electroluminiscencia, ou emisión de luz inducida pola corrente, permanece constante nunha orde de magnitude do cambio na inxección de corrente. Ademais, o equipo do profesor Mi desenvolveu previamente un método para cultivar revestimentos de GaN de alta calidade sobre silicio para cultivar leds de nanofíos sobre silicio. Así, un µled sitúase nun substrato de Si preparado para a integración con outros produtos electrónicos CMOS.
Este µled ten facilmente moitas aplicacións potenciais. A plataforma do dispositivo será máis robusta a medida que a lonxitude de onda de emisión da pantalla RGB integrada no chip se expanda ao vermello.
Hora de publicación: 10-xan-2023