لقد أحدثت مصابيح LED التقليدية ثورة في مجال الإضاءة والعرض نظرًا لأدائها المتفوق من حيث الكفاءة.

أحدثت مصابيح LED التقليدية ثورة في مجال الإضاءة والعرض نظرًا لأدائها المتفوق من حيث الكفاءة والاستقرار وحجم الجهاز. مصابيح LED عبارة عن أكوام من أغشية رقيقة من أشباه الموصلات بأبعاد جانبية تبلغ ملليمترات، وهي أصغر بكثير من الأجهزة التقليدية مثل المصابيح المتوهجة وأنابيب الكاثود. ومع ذلك، فإن التطبيقات الإلكترونية الضوئية الناشئة، مثل الواقع الافتراضي والمعزز، تتطلب مصابيح LED بحجم ميكرون أو أقل. الأمل هو أن تستمر مصابيح LED (micleds) ذات الحجم الصغير أو دون الميكرون في التمتع بالعديد من الصفات المتفوقة التي تتمتع بها مصابيح LED التقليدية بالفعل، مثل الانبعاث المستقر للغاية، والكفاءة العالية والسطوع، واستهلاك الطاقة المنخفض للغاية، وانبعاث الألوان الكاملة، في حين أنها أصغر بحوالي مليون مرة من حيث المساحة، مما يسمح بشاشات أكثر إحكاما. يمكن لهذه الرقائق التي تعمل بتقنية LED أيضًا أن تمهد الطريق لدوائر ضوئية أكثر قوة إذا كان من الممكن زراعتها على شريحة واحدة على Si ودمجها مع إلكترونيات أشباه الموصلات التكميلية لأكسيد الفلز (CMOS).

ومع ذلك، حتى الآن، ظلت هذه الميكروليدات بعيدة المنال، خاصة في نطاق الطول الموجي للانبعاثات من الأخضر إلى الأحمر. إن النهج التقليدي الذي يقوده μ هو عملية من أعلى إلى أسفل يتم فيها حفر أفلام InGaN البئر الكمومية (QW) في أجهزة صغيرة الحجم من خلال عملية الحفر. في حين أن μleds tio2 المستندة إلى الأغشية الرقيقة InGaN QW قد اجتذبت الكثير من الاهتمام نظرًا للعديد من خصائص InGaN الممتازة، مثل النقل الفعال للموجة الحاملة وقابلية ضبط الطول الموجي عبر النطاق المرئي، إلا أنها حتى الآن تعاني من مشكلات مثل الجدار الجانبي ضرر التآكل الذي يزداد سوءًا مع تقلص حجم الجهاز. بالإضافة إلى ذلك، وبسبب وجود مجالات الاستقطاب، فهي تعاني من عدم استقرار الطول الموجي/اللون. لهذه المشكلة، تم اقتراح حلول InGaN غير القطبية وشبه القطبية والتجويف البلوري الضوئي، لكنها ليست مرضية في الوقت الحاضر.

في ورقة بحثية جديدة نشرت في Light Science and Applications، قام الباحثون بقيادة Zetian Mi، الأستاذ في جامعة ميشيغان، أنابيل، بتطوير مصباح LED أخضر اللون iii بمقياس دون الميكرون - نيتريد يتغلب على هذه العقبات مرة واحدة وإلى الأبد. تم تصنيع هذه الميكروليدات عن طريق تنضيد الحزمة الجزيئية الإقليمية الانتقائية بمساعدة البلازما. في تناقض صارخ مع النهج التقليدي من أعلى إلى أسفل، يتكون الميكروليد هنا من مجموعة من الأسلاك النانوية، يبلغ قطر كل منها 100 إلى 200 نانومتر فقط، ويفصل بينها عشرات النانومترات. هذا النهج من أسفل إلى أعلى يتجنب بشكل أساسي الضرر الناتج عن تآكل الجدار الجانبي.

يتكون الجزء الباعث للضوء من الجهاز، والمعروف أيضًا باسم المنطقة النشطة، من هياكل البئر الكمومية المتعددة (MQW) ذات القشرة الأساسية والتي تتميز بتشكل الأسلاك النانوية. على وجه الخصوص، يتكون MQW من بئر InGaN وحاجز AlGaN. نظرًا للاختلافات في هجرة الذرات الممتزة لعناصر المجموعة الثالثة الإنديوم والجاليوم والألومنيوم على الجدران الجانبية، وجدنا أن الإنديوم مفقود على الجدران الجانبية للأسلاك النانوية، حيث غطت غلاف GaN/AlGaN نواة MQW مثل البوريتو. وجد الباحثون أن محتوى Al في غلاف GaN/AlGaN انخفض تدريجيًا من جانب حقن الإلكترون في الأسلاك النانوية إلى جانب حقن الثقب. نظرًا للاختلاف في مجالات الاستقطاب الداخلي لـ GaN وAlN، فإن هذا التدرج الحجمي لمحتوى Al في طبقة AlGaN يحفز إلكترونات حرة، والتي يسهل تدفقها إلى قلب MQW وتخفف من عدم استقرار اللون عن طريق تقليل مجال الاستقطاب.

في الواقع، وجد الباحثون أنه بالنسبة للأجهزة التي يقل قطرها عن ميكرون واحد، فإن الطول الموجي الأقصى للتألق الكهربائي، أو انبعاث الضوء الناجم عن التيار، يظل ثابتًا وفقًا لحجم التغير في حقن التيار. بالإضافة إلى ذلك، قام فريق البروفيسور مي سابقًا بتطوير طريقة لتنمية طبقات GaN عالية الجودة على السيليكون لتنمية مصابيح LED ذات أسلاك متناهية الصغر على السيليكون. وبالتالي، يتم وضع ميكروليد على ركيزة Si جاهزة للتكامل مع إلكترونيات CMOS الأخرى.

يحتوي هذا الميكروليد بسهولة على العديد من التطبيقات المحتملة. ستصبح منصة الجهاز أكثر قوة مع توسع الطول الموجي للانبعاث لشاشة RGB المدمجة على الشريحة إلى اللون الأحمر.