Дәстүрлі жарықдиодты шамдар тиімділігі, тұрақтылығы және құрылғы өлшемі тұрғысынан жоғары өнімділігінің арқасында жарықтандыру және дисплей саласында төңкеріс жасады. Жарықдиодты шамдар әдетте қыздыру шамдары мен катод түтіктері сияқты дәстүрлі құрылғыларға қарағанда әлдеқайда кіші, бүйірлік өлшемдері миллиметр болатын жұқа жартылай өткізгіш пленкалардың жиынтығы болып табылады. Дегенмен, виртуалды және кеңейтілген шындық сияқты жаңадан пайда болып келе жатқан оптоэлектрондық қолданбалар микрон немесе одан аз өлшемдегі жарықдиодтарды қажет етеді. Микро немесе субмикрондық масштабтағы жарықдиодты шамдар (µl) дәстүрлі жарықдиодты шамдардағыдай жоғары тұрақты сәулелену, жоғары тиімділік пен жарықтық, өте төмен қуат тұтыну және толық түсті сәулелену сияқты көптеген жоғары сапалы қасиеттерге ие бола береді деп үміттенеміз, сонымен қатар ауданы бойынша миллион есе кішірек болып, ықшам дисплейлерге мүмкіндік береді. Мұндай жарықдиодты чиптер Si негізінде бір чипті етіп өсіріліп, қосымша металл оксидті жартылай өткізгіш (CMOS) электроникасымен біріктірілсе, қуатты фотондық тізбектерге де жол аша алады.
Дегенмен, әзірге мұндай µled-тер, әсіресе жасылдан қызылға дейінгі сәулелену толқын ұзындығы диапазонында, әлі де анықталмаған. Дәстүрлі светодиодты µ-led тәсілі - InGaN кванттық ұңғымасы (QW) пленкалары микромасштабты құрылғыларға ою процесі арқылы оюланатын жоғарыдан төмен қарай жүретін процесс. Жұқа пленкалы InGaN QW негізіндегі tio2 µled-тер InGaN-ның көптеген тамаша қасиеттеріне, мысалы, көрінетін диапазондағы тасымалдаушылардың тиімді тасымалдануына және толқын ұзындығының реттелуіне байланысты көп назар аударғанымен, осы уақытқа дейін олар құрылғы өлшемі кішірейген сайын күшейетін бүйір қабырғасының коррозияға ұшырауы сияқты мәселелермен күресіп келеді. Сонымен қатар, поляризация өрістерінің болуына байланысты олар толқын ұзындығы/түс тұрақсыздығына ие. Бұл мәселе үшін полярлы емес және жартылай полярлы InGaN және фотондық кристалды қуыс шешімдері ұсынылды, бірақ олар қазіргі уақытта қанағаттанарлық емес.
Light Science and Applications журналында жарияланған жаңа мақалада Мичиган университетінің профессоры, Аннабельдегі Зетиан Ми бастаған зерттеушілер бұл кедергілерді біржолата жеңетін субмикронды масштабтағы жасыл LED iii – нитридін жасап шығарды. Бұл мкледтер селективті аймақтық плазма көмегімен молекулалық сәуле эпитаксиясы арқылы синтезделді. Дәстүрлі жоғарыдан төменге қарай тәсілден мүлдем өзгеше, мұндағы мклед әрқайсысының диаметрі небәрі 100-ден 200 нм-ге дейінгі және ондаған нанометрмен бөлінген наносымдардың массивінен тұрады. Бұл төменнен жоғары қарай тәсіл бүйір қабырғаның коррозиядан зақымдануын болдырмайды.
Құрылғының жарық шығаратын бөлігі, сондай-ақ белсенді аймақ деп аталады, наносим морфологиясымен сипатталатын ядро-қабықшалы көп кванттық ұңғы (MQW) құрылымдарынан тұрады. Атап айтқанда, MQW InGaN ұңғымасынан және AlGaN тосқауылынан тұрады. III топ элементтерінің индий, галлий және алюминийдің бүйір қабырғаларындағы адсорбцияланған атом миграциясындағы айырмашылықтарға байланысты, GaN/AlGaN қабығы MQW өзегін буррито сияқты орап алған наносимдердің бүйір қабырғаларында индийдің жоқ екенін анықтадық. Зерттеушілер бұл GaN/AlGaN қабығының Al мөлшері наносимдердің электронды инъекция жағынан тесік инъекция жағына қарай біртіндеп төмендейтінін анықтады. GaN және AlN ішкі поляризация өрістерінің айырмашылығына байланысты, AlGaN қабатындағы Al мөлшерінің мұндай көлемдік градиенті MQW өзегіне оңай ағып, поляризация өрісін азайту арқылы түс тұрақсыздығын жеңілдететін бос электрондарды индукциялайды.
Шын мәнінде, зерттеушілер диаметрі бір микроннан аз құрылғылар үшін электролюминесценцияның немесе ток тудыратын жарық сәулеленуінің шың толқын ұзындығы ток инъекциясының өзгеру шамасы бойынша тұрақты болып қалатынын анықтады. Сонымен қатар, профессор Мидің командасы бұған дейін кремнийде наносымдық жарықдиодтарды өсіру үшін кремнийде жоғары сапалы GaN жабындарын өсіру әдісін әзірлеген болатын. Осылайша, µled басқа CMOS электроникасымен интеграциялауға дайын Si негізіне орналастырылады.
Бұл µled көптеген әлеуетті қолданыстарға ие. Чиптегі интеграцияланған RGB дисплейінің сәулелену толқын ұзындығы қызылға дейін кеңейген сайын құрылғы платформасы берік болады.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 10 қаңтар