Tradiciniai šviesos diodai (LED) sukėlė revoliuciją apšvietimo ir ekranų srityje dėl savo pranašumo efektyvumo, stabilumo ir įrenginio dydžio atžvilgiu. LED paprastai yra plonų puslaidininkinių plėvelių, kurių šoniniai matmenys yra milimetrai, krūvos – daug mažesni nei tradicinių įrenginių, tokių kaip kaitrinės lemputės ir katodinės lempos. Tačiau naujoms optoelektronikos reikmėms, tokioms kaip virtuali ir papildyta realybė, reikalingi mikronų ar mažesnio dydžio LED. Tikimasi, kad mikro arba submikrono masto LED (µLED) ir toliau turės daugelį tradicinių LED pranašumų, tokių kaip labai stabili emisija, didelis efektyvumas ir ryškumas, itin mažos energijos sąnaudos ir visų spalvų emisija, tuo pačiu metu būdami maždaug milijoną kartų mažesnio ploto, todėl ekranai bus kompaktiškesni. Tokie LED lustai taip pat galėtų atverti kelią galingesnėms fotoninėms grandinėms, jei juos būtų galima auginti viename luste ant silicio ir integruoti su komplementaria metalo oksido puslaidininkių (CMOS) elektronika.
Tačiau iki šiol tokių µLED diodų nepavyko sukurti, ypač žalios–raudonos emisijos bangos ilgių diapazone. Tradicinis µLED diodų metodas yra „iš viršaus į apačią“ procesas, kurio metu InGaN kvantinių šulinių (QW) plėvelės ėsdinimo būdu išgraviruojamos į mikrolygmens įrenginius. Nors plonasluoksnės InGaN QW pagrindu pagamintos tio2 µLED diodai sulaukė daug dėmesio dėl daugelio puikių InGaN savybių, tokių kaip efektyvus krūvininkų pernaša ir bangos ilgio derinimas visame matomoje spektro dalyje, iki šiol juos kamavo tokios problemos kaip šoninių sienelių korozijos pažeidimai, kurie didėja mažėjant įrenginio dydžiui. Be to, dėl poliarizacijos laukų jie pasižymi bangos ilgio / spalvos nestabilumu. Šiai problemai spręsti buvo pasiūlyti nepoliniai ir pusiau poliniai InGaN bei fotoninių kristalų ertmių sprendimai, tačiau šiuo metu jie nėra tinkami.
Naujame žurnale „Light Science and Applications“ paskelbtame straipsnyje mokslininkai, vadovaujami Mičigano universiteto profesoriaus Zetiano Mi, sukūrė submikroninio mastelio žalią šviesos diodą iii-nitridą, kuris kartą ir visiems laikams įveikia šias kliūtis. Šie µLED buvo susintetinti selektyvios regioninės plazmos pagalba atliekamos molekulinių pluoštų epitaksijos būdu. Visiškai priešingai nei tradicinis „iš viršaus į apačią“ metodas, čia esantis µLED susideda iš nanolaidų masyvo, kurių kiekvieno skersmuo yra tik nuo 100 iki 200 nm, o vienas nuo kito atskirti dešimtimis nanometrų. Šis „iš apačios į viršų“ metodas iš esmės padeda išvengti šoninių sienelių korozijos pažeidimų.
Šviesą skleidžianti įrenginio dalis, dar vadinama aktyviąja sritimi, sudaryta iš šerdies-apvalkalo daugiasluoksnių kvantinių šulinių (MQW) struktūrų, kurioms būdinga nanolydinių morfologija. MQW sudaro InGaN šulinys ir AlGaN barjeras. Dėl III grupės elementų indžio, galio ir aliuminio adsorbuotų atomų migracijos skirtumų šoninėse sienelėse nustatėme, kad indžio trūko nanolydinių sienelėse, kur GaN/AlGaN apvalkalas apgaubė MQW šerdį kaip buritas. Tyrėjai nustatė, kad šio GaN/AlGaN apvalkalo Al kiekis palaipsniui mažėjo nuo nanolydinių elektronų injekcijos pusės iki skylės injekcijos pusės. Dėl GaN ir AlN vidinių poliarizacijos laukų skirtumų toks Al kiekio tūrinis gradientas AlGaN sluoksnyje indukuoja laisvuosius elektronus, kurie lengvai patenka į MQW šerdį ir sumažina spalvos nestabilumą, sumažindami poliarizacijos lauką.
Iš tiesų, tyrėjai nustatė, kad įtaisams, kurių skersmuo mažesnis nei vienas mikronas, elektroliuminescencijos, arba srovės sukeltos šviesos emisijos, didžiausias bangos ilgis išlieka pastovus srovės injekcijos pokyčio dydžio eilės tvarka. Be to, profesoriaus Mi komanda anksčiau sukūrė metodą, kaip auginti aukštos kokybės GaN dangas ant silicio, kad būtų galima auginti nanolydinius šviesos diodus ant silicio. Taigi, μšviesos diodas yra ant Si padėklo, paruošto integracijai su kita CMOS elektronika.
Šis µLED lengvai turi daug potencialių pritaikymų. Įrenginio platforma taps tvirtesnė, kai luste integruoto RGB ekrano emisijos bangos ilgis išsiplės iki raudonos spalvos.
Įrašo laikas: 2023 m. sausio 10 d.