נורות הלד המסורתיות חוללו מהפכה בתחום התאורה והתצוגה בזכות ביצועיהן המעולים מבחינת יעילות.

נורות LED מסורתיות חוללו מהפכה בתחום התאורה והתצוגה הודות לביצועיהן המעולים מבחינת יעילות, יציבות וגודל המכשיר. נורות LED הן בדרך כלל ערימות של שכבות מוליכים למחצה דקות בעלות ממדים רוחביים של מילימטרים, קטנות בהרבה מהתקנים מסורתיים כמו נורות ליבון ושפופרות קתודה. עם זאת, יישומים אופטו-אלקטרוניים מתפתחים, כגון מציאות מדומה ומוגברת, דורשים נורות LED בגודל של מיקרון או פחות. התקווה היא שנורות LED בקנה מידה מיקרו או תת-מיקרון (µleds) ימשיכו להיות בעלות רבות מהתכונות המעולות שכבר יש לנורות LED מסורתיות, כגון פליטה יציבה ביותר, יעילות ובהירות גבוהות, צריכת חשמל נמוכה במיוחד ופליטת צבע מלא, תוך היותן קטנות פי מיליון בשטח, מה שיאפשר תצוגות קומפקטיות יותר. שבבי LED כאלה יכולים גם לסלול את הדרך למעגלים פוטוניים חזקים יותר אם ניתן יהיה לגדל אותם כשבב יחיד על סיליקון ולשלב אותם עם אלקטרוניקה של מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת משלימה (CMOS).

עם זאת, עד כה, מיקרו-לד כאלה נותרו חמקמקים, במיוחד בטווח אורכי גל הפליטה ירוקים עד אדומים. הגישה המסורתית של מיקרו-לד של led היא תהליך מלמעלה למטה שבו סרטי בארות קוונטיות (QW) של InGaN נחרטים לתוך התקנים בקנה מידה מיקרוסקופי באמצעות תהליך איכול. בעוד ש-μleds tio2 מבוססי InGaN QW בשכבה דקה משכו תשומת לב רבה בשל תכונות מצוינות רבות של InGaN, כגון הובלת נושאי גל יעילה ויכולת כוונון אורך הגל לאורך הטווח הנראה, עד כה הם סבלו מבעיות כגון נזק קורוזיה לדופן הצדדית שמחמיר ככל שגודל המכשיר מתכווץ. בנוסף, בשל קיומם של שדות קיטוב, יש להם חוסר יציבות באורך גל/צבע. עבור בעיה זו הוצעו פתרונות InGaN לא קוטביים וחצי קוטביים וחלל גבישים פוטוניים, אך הם אינם מספקים כרגע.

במאמר חדש שפורסם ב-Light Science and Applications, חוקרים בראשות זטיאן מי, פרופסור באוניברסיטת מישיגן באנאבל, פיתחו LED ירוק iii-ניטריד בקנה מידה תת-מיקרון שמתגבר על המכשולים הללו אחת ולתמיד. נורות ה-µled הללו סונתזו על ידי אפיטקסיה אזורית סלקטיבית של קרן מולקולרית בסיוע פלזמה. בניגוד מוחלט לגישה המסורתית מלמעלה למטה, ה-µled כאן מורכב ממערך של ננו-חוטים, כל אחד בקוטר 100 עד 200 ננומטר בלבד, המופרדים בעשרות ננומטרים. גישה מלמטה למעלה זו מונעת למעשה נזק מקורוזיה לדופן הצידית.

החלק הפולט אור של המכשיר, המכונה גם האזור הפעיל, מורכב ממבני בארות קוונטיות מרובות (MQW) של ליבה-קליפה המאופיינים במורפולוגיה של ננו-חוטים. בפרט, ה-MQW מורכב מבאר InGaN וממחסום AlGaN. עקב הבדלים בנדידת האטומים הספחים של היסודות מקבוצה III, אינדיום, גליום ואלומיניום על דפנות הצד, מצאנו שאינדיום חסר על דפנות הצד של הננו-חוטים, שם קליפת GaN/AlGaN עטפה את ליבת ה-MQW כמו בוריטו. החוקרים מצאו שתכולת ה-Al בקליפת GaN/AlGaN זו ירדה בהדרגה מצד הזרקת האלקטרונים של הננו-חוטים לצד הזרקת החור. עקב ההבדל בשדות הקיטוב הפנימיים של GaN ו-AlN, גרדיאנט נפחי כזה של תכולת ה-Al בשכבת AlGaN גורם לאלקטרונים חופשיים, אשר קל לזרום לתוך ליבת ה-MQW ומקלים על חוסר היציבות בצבע על ידי הפחתת שדה הקיטוב.

למעשה, החוקרים מצאו שעבור התקנים בקוטר של פחות ממיקרון אחד, אורך הגל השיא של אלקטרולומינסנציה, או פליטת אור המושרה על ידי זרם, נשאר קבוע בסדר גודל של השינוי בהזרקת הזרם. בנוסף, צוותו של פרופסור מי פיתח בעבר שיטה לגידול ציפויי GaN באיכות גבוהה על סיליקון כדי לגדל נורות LED ננו-חוטיות על סיליקון. לפיכך, נורת LED של מיקרוסקופ יושבת על מצע סיליקון ומוכנה לשילוב עם מוצרי אלקטרוניקה CMOS אחרים.

ל-µLED הזה יש בקלות יישומים פוטנציאליים רבים. פלטפורמת המכשיר תהפוך חזקה יותר ככל שאורך הגל של הפליטה של ​​צג ה-RGB המשולב בשבב יתרחב לאדום.