Традиционалните ЛЕД светилки ја револуционизираа областа на осветлувањето и дисплеите поради нивните супериорни перформанси во однос на ефикасноста.

Традиционалните LED диоди ја револуционизираа областа на осветлувањето и дисплеите поради нивните супериорни перформанси во однос на ефикасноста, стабилноста и големината на уредот. LED диодите се обично купови од тенки полупроводнички филмови со странични димензии од милиметри, многу помали од традиционалните уреди како што се жарчињата со вжарено влакно и катодните цевки. Сепак, новите оптоелектронски апликации, како што се виртуелната и зголемената реалност, бараат LED диоди со големина од микрони или помалку. Надежта е дека LED диодите со микро или субмикронска размер (µLED) ќе продолжат да имаат многу од супериорните квалитети што веќе ги имаат традиционалните LED диоди, како што се високо стабилна емисија, висока ефикасност и осветленост, ултра ниска потрошувачка на енергија и емисија во целосна боја, додека се околу милион пати помали по површина, овозможувајќи покомпактни дисплеи. Ваквите LED чипови би можеле да го отворат патот и за помоќни фотонски кола ако можат да се одгледуваат како еден чип на Si и да се интегрираат со комплементарна електроника од метален оксиден полупроводник (CMOS).

Сепак, досега, ваквите µLED диоди останаа недостижни, особено во опсегот на бранова должина на емисија од зелена до црвена боја. Традиционалниот пристап со LED µ-LED диоди е процес од горе надолу во кој филмовите од квантни бунари (QW) од InGaN се гравираат во микро уреди преку процес на гравирање. Додека тенкофилмските tio2 µLED диоди базирани на InGaN QW привлекоа големо внимание поради многу од одличните својства на InGaN, како што се ефикасниот транспорт на носители и подесувањето на брановата должина низ целиот видлив опсег, досега тие беа мачени со проблеми како што се оштетување од корозија на страничниот ѕид кое се влошува со намалувањето на големината на уредот. Покрај тоа, поради постоењето на поларизациски полиња, тие имаат нестабилност на брановата должина/боја. За овој проблем се предложени неполарни и полуполарни решенија за InGaN и фотонски кристални шуплини, но тие во моментов не се задоволителни.

Во нов труд објавен во Light Science and Applications, истражувачите предводени од Зетиан Ми, професор на Универзитетот во Мичиген, Анабел, развија зелен LED iii – нитрид со субмикронска скала кој ги надминува овие пречки еднаш засекогаш. Овие µLED диоди беа синтетизирани со селективна регионална епитаксија на молекуларен зрак со помош на плазма. Во остра спротивност со традиционалниот пристап од горе надолу, µLED диодите овде се состојат од низа наножици, секоја со дијаметар од само 100 до 200 nm, одделени со десетици нанометри. Овој пристап од долу нагоре во суштина го избегнува оштетувањето од корозија на страничните ѕидови.

Делот од уредот што емитува светлина, познат и како активен регион, е составен од структури со повеќекратни квантни бунари (MQW) од типот јадро-обвивка, карактеризирани со морфологија на наножици. Поточно, MQW се состои од бунарот InGaN и бариерата AlGaN. Поради разликите во миграцијата на адсорбираните атоми на елементите од Група III, индиум, галиум и алуминиум, на страничните ѕидови, откривме дека индиумот недостасува на страничните ѕидови на наножиците, каде што обвивката GaN/AlGaN го обвиткува јадрото MQW како бурито. Истражувачите открија дека содржината на Al во оваа обвивка GaN/AlGaN постепено се намалува од страната на вбризгување на електрони на наножиците до страната на вбризгување на дупката. Поради разликата во внатрешните поларизациски полиња на GaN и AlN, таков градиент на волумен на содржината на Al во слојот AlGaN индуцира слободни електрони, кои лесно се влеваат во јадрото MQW и ја ублажуваат нестабилноста на бојата со намалување на полето на поларизација.

Всушност, истражувачите откриле дека за уреди со дијаметар помал од еден микрон, врвната бранова должина на електролуминисценцијата, или емисијата на светлина предизвикана од струја, останува константна во однос на редот на големината на промената во инјектирањето на струјата. Покрај тоа, тимот на професорот Ми претходно разви метод за одгледување висококвалитетни GaN премази на силициум за одгледување наножични LED диоди на силициум. Така, µLED седи на Si подлога подготвена за интеграција со друга CMOS електроника.

Оваа µLED лесно има многу потенцијални апликации. Платформата на уредот ќе стане поробусна како што брановата должина на емисијата на интегрираниот RGB дисплеј на чипот се проширува во црвена боја.