LED سنتی به دلیل عملکرد برتر خود از نظر کارایی، پایداری و اندازه دستگاه، انقلابی در زمینه روشنایی و نمایش ایجاد کرده است. LEDها معمولاً پشته‌هایی از فیلم‌های نیمه‌رسانای نازک با ابعاد جانبی میلی‌متر هستند که بسیار کوچکتر از دستگاه‌های سنتی مانند لامپ‌های رشته‌ای و لوله‌های کاتدی هستند. با این حال، کاربردهای نوظهور اپتوالکترونیکی، مانند واقعیت مجازی و افزوده، به LEDهایی در اندازه میکرون یا کمتر نیاز دارند. امید است که LEDهای در مقیاس میکرو یا زیرمیکرون (µledها) همچنان بسیاری از ویژگی‌های برتر LEDهای سنتی را داشته باشند، مانند انتشار بسیار پایدار، راندمان و روشنایی بالا، مصرف برق بسیار کم و انتشار تمام رنگی، در حالی که مساحت آنها حدود یک میلیون برابر کوچکتر است و امکان نمایش‌های فشرده‌تر را فراهم می‌کند. چنین تراشه‌های LED همچنین می‌توانند راه را برای مدارهای فوتونی قدرتمندتر هموار کنند، اگر بتوان آنها را به صورت تک تراشه روی Si رشد داد و با الکترونیک نیمه‌رسانای اکسید فلزی مکمل (CMOS) ادغام کرد.
با این حال، تاکنون، چنین میکروال‌ای‌دی‌هایی، به ویژه در محدوده طول موج انتشار سبز تا قرمز، دست‌نیافتنی باقی مانده‌اند. رویکرد سنتی میکروال‌ای‌دی‌های ال‌ای‌دی، یک فرآیند بالا به پایین است که در آن لایه‌های چاه کوانتومی (QW) InGaN از طریق یک فرآیند اچینگ به دستگاه‌های میکرومقیاس حک می‌شوند. در حالی که میکروال‌ای‌دی‌های TiO2 مبتنی بر QW InGaN با لایه نازک، به دلیل بسیاری از خواص عالی InGaN، مانند انتقال کارآمد حامل و قابلیت تنظیم طول موج در سراسر محدوده مرئی، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند، تاکنون با مشکلاتی مانند آسیب خوردگی دیواره جانبی که با کوچک شدن اندازه دستگاه بدتر می‌شود، مواجه بوده‌اند. علاوه بر این، به دلیل وجود میدان‌های قطبش، آنها دارای ناپایداری طول موج/رنگ هستند. برای این مشکل، راه‌حل‌های InGaN غیرقطبی و نیمه‌قطبی و حفره کریستال فوتونی پیشنهاد شده‌اند، اما در حال حاضر رضایت‌بخش نیستند.
در مقاله جدیدی که در مجله Light Science and Applications منتشر شده است، محققانی به رهبری زتیان می، استاد دانشگاه میشیگان، آنابل، یک LED سبز iii - نیترید در مقیاس زیر میکرونی توسعه داده‌اند که یک بار برای همیشه بر این موانع غلبه می‌کند. این میکروال‌ای‌دی‌ها با استفاده از اپیتکسی پرتو مولکولی به کمک پلاسمای منطقه‌ای انتخابی سنتز شده‌اند. در تضاد کامل با رویکرد سنتی بالا به پایین، میکروال‌ای‌دی در اینجا از آرایه‌ای از نانوسیم‌ها تشکیل شده است که هر کدام تنها ۱۰۰ تا ۲۰۰ نانومتر قطر دارند و ده‌ها نانومتر از هم جدا شده‌اند. این رویکرد پایین به بالا اساساً از آسیب خوردگی دیواره جانبی جلوگیری می‌کند.
بخش ساطع‌کننده نور دستگاه، که به عنوان ناحیه فعال نیز شناخته می‌شود، از ساختارهای چاه کوانتومی چندگانه (MQW) هسته-پوسته تشکیل شده است که با مورفولوژی نانوسیم مشخص می‌شوند. به طور خاص، MQW از چاه InGaN و مانع AlGaN تشکیل شده است. به دلیل تفاوت در مهاجرت اتم جذب شده عناصر گروه III ایندیوم، گالیوم و آلومینیوم در دیواره‌های جانبی، متوجه شدیم که ایندیوم در دیواره‌های جانبی نانوسیم‌ها وجود ندارد، جایی که پوسته GaN/AlGaN هسته MQW را مانند یک بوریتو می‌پیچد. محققان دریافتند که محتوای Al این پوسته GaN/AlGaN به تدریج از سمت تزریق الکترون نانوسیم‌ها به سمت تزریق سوراخ کاهش می‌یابد. به دلیل تفاوت در میدان‌های قطبش داخلی GaN و AlN، چنین گرادیان حجمی از محتوای Al در لایه AlGaN باعث القای الکترون‌های آزاد می‌شود که به راحتی به هسته MQW جریان می‌یابند و با کاهش میدان قطبش، ناپایداری رنگ را کاهش می‌دهند.
در واقع، محققان دریافته‌اند که برای دستگاه‌هایی با قطر کمتر از یک میکرون، طول موج اوج الکترولومینسانس یا انتشار نور القا شده توسط جریان، به اندازه تغییر در تزریق جریان ثابت می‌ماند. علاوه بر این، تیم پروفسور می پیش از این روشی را برای رشد پوشش‌های GaN با کیفیت بالا روی سیلیکون برای رشد LEDهای نانوسیمی روی سیلیکون توسعه داده است. بنابراین، یک µLED روی یک زیرلایه Si قرار می‌گیرد که آماده ادغام با سایر قطعات الکترونیکی CMOS است.
این میکروال‌ای‌دی به راحتی کاربردهای بالقوه زیادی دارد. با گسترش طول موج انتشار نمایشگر RGB یکپارچه روی تراشه به قرمز، پلتفرم دستگاه قوی‌تر خواهد شد.
زمان ارسال: ۱۰ ژانویه ۲۰۲۳