Los LED tradicionales han revolucionado el campo de la iluminación y la visualización debido a su rendimiento superior en términos de eficiencia, estabilidad y tamaño del dispositivo.Los LED suelen ser pilas de películas semiconductoras delgadas con dimensiones laterales de milímetros, mucho más pequeñas que los dispositivos tradicionales como las bombillas incandescentes y los tubos catódicos.Sin embargo, las aplicaciones optoelectrónicas emergentes, como la realidad virtual y aumentada, requieren LED del tamaño de micras o menos.La esperanza es que los LED de escala micro o submicrónica (μled) sigan teniendo muchas de las cualidades superiores que ya tienen los LED tradicionales, como emisión altamente estable, alta eficiencia y brillo, consumo de energía ultrabajo y emisión a todo color. y al mismo tiempo tiene un área aproximadamente un millón de veces más pequeña, lo que permite pantallas más compactas.Estos chips LED también podrían allanar el camino para circuitos fotónicos más potentes si se pueden desarrollar en un solo chip sobre Si e integrarlos con electrónica complementaria de semiconductores de óxido metálico (CMOS).
Sin embargo, hasta ahora, estos µled han seguido siendo difíciles de alcanzar, especialmente en el rango de longitud de onda de emisión de verde a rojo.El enfoque tradicional LED µ-LED es un proceso de arriba hacia abajo en el que las películas de pozos cuánticos (QW) de InGaN se graban en dispositivos a microescala mediante un proceso de grabado.Si bien los µleds tio2 basados en InGaN QW de película delgada han atraído mucha atención debido a muchas de las excelentes propiedades de InGaN, como el transporte eficiente de portadores y la sintonizabilidad de la longitud de onda en todo el rango visible, hasta ahora han estado plagados de problemas como la pared lateral. Daños por corrosión que empeoran a medida que el tamaño del dispositivo se reduce.Además, debido a la existencia de campos de polarización, presentan inestabilidad en longitud de onda/color.Para este problema, se han propuesto soluciones de cavidades de cristales fotónicos y de InGaN no polares y semipolares, pero no son satisfactorias en la actualidad.
En un nuevo artículo publicado en Light Science and Applications, investigadores dirigidos por Zetian Mi, profesor de la Universidad de Michigan, Annabel, han desarrollado un LED verde iii de escala submicrónica: nitruro que supera estos obstáculos de una vez por todas.Estos µleds se sintetizaron mediante epitaxia selectiva de haz molecular asistida por plasma regional.En marcado contraste con el enfoque tradicional de arriba hacia abajo, el µled aquí consiste en una serie de nanocables, cada uno de sólo 100 a 200 nm de diámetro, separados por decenas de nanómetros.Este enfoque ascendente esencialmente evita daños por corrosión en las paredes laterales.
La parte emisora de luz del dispositivo, también conocida como región activa, está compuesta por estructuras de pozos cuánticos múltiples (MQW) de núcleo y capa caracterizadas por una morfología de nanocables.En particular, el MQW consta del pozo de InGaN y la barrera de AlGaN.Debido a las diferencias en la migración de átomos adsorbidos de los elementos del Grupo III indio, galio y aluminio en las paredes laterales, encontramos que faltaba indio en las paredes laterales de los nanocables, donde la capa de GaN/AlGaN envolvía el núcleo de MQW como un burrito.Los investigadores descubrieron que el contenido de Al de esta capa de GaN/AlGaN disminuía gradualmente desde el lado de inyección de electrones de los nanocables hasta el lado de inyección de huecos.Debido a la diferencia en los campos de polarización interna de GaN y AlN, dicho gradiente de volumen del contenido de Al en la capa de AlGaN induce electrones libres, que son fáciles de fluir hacia el núcleo MQW y alivian la inestabilidad del color al reducir el campo de polarización.
De hecho, los investigadores han descubierto que para dispositivos de menos de una micra de diámetro, la longitud de onda máxima de la electroluminiscencia, o emisión de luz inducida por corriente, permanece constante en un orden de magnitud del cambio en la inyección de corriente.Además, el equipo del profesor Mi ha desarrollado previamente un método para cultivar recubrimientos de GaN de alta calidad sobre silicio para hacer crecer LED de nanocables sobre silicio.Por lo tanto, un µled se asienta sobre un sustrato de Si listo para integrarse con otros componentes electrónicos CMOS.
Este µled tiene fácilmente muchas aplicaciones potenciales.La plataforma del dispositivo se volverá más robusta a medida que la longitud de onda de emisión de la pantalla RGB integrada en el chip se expanda a rojo.
Hora de publicación: 10 de enero de 2023