LED מסורתי חולל מהפכה בתחום התאורה והתצוגה בשל הביצועים המעולים שלהם במונחים של יעילות.

LED מסורתי חולל מהפכה בתחום התאורה והתצוגה הודות לביצועים המעולים שלהם מבחינת יעילות, יציבות וגודל המכשיר. נוריות LED הן בדרך כלל ערימות של סרטי מוליכים למחצה דקים עם ממדים רוחביים של מילימטרים, קטנים בהרבה מהתקנים מסורתיים כגון נורות ליבון וצינורות קתודה. עם זאת, יישומים אופטואלקטרוניים מתעוררים, כגון מציאות מדומה ורבודה, דורשים נוריות LED בגודל של מיקרון או פחות. התקווה היא ש-LED בקנה מידה מיקרו - או תת-מיקרוני (µleds) ימשיכו להיות בעלי הרבה מהאיכויות המעולות שכבר יש ללדים המסורתיים, כגון פליטה יציבה ביותר, יעילות ובהירות גבוהות, צריכת חשמל נמוכה במיוחד ופליטת צבע מלא, בעוד שהוא קטן פי מיליון בשטח, מה שמאפשר צגים קומפקטיים יותר. שבבי LED כאלה יכולים גם לסלול את הדרך למעגלים פוטוניים חזקים יותר אם ניתן לגדל אותם בשבב יחיד על Si ולשלב אותם עם אלקטרוניקה משלימה של מוליכים למחצה מתכת תחמוצת (CMOS).

עם זאת, עד כה, מיקרו-לדים כאלה נותרו חמקמקים, במיוחד בטווח אורך הגל של הפליטה הירוק לאדום. הגישה המסורתית של led µ-led היא תהליך מלמעלה למטה שבו סרטי InGaN קוואנטום (QW) נחרטים לתוך מכשירים בקנה מידה מיקרו באמצעות תהליך תחריט. בעוד שמכשירי tio2 µled מבוססי סרט דק InGaN QW משכו תשומת לב רבה בשל רבים מהמאפיינים המצוינים של InGaN, כגון הובלה יעילה של הספק ויכולת כוונון של אורכי גל בכל הטווח הנראה לעין, עד עכשיו הם היו מוטרדים מבעיות כמו דופן צדדית נזקי קורוזיה שמחמירים ככל שגודל המכשיר מתכווץ. בנוסף, עקב קיומם של שדות קיטוב, יש להם אי יציבות באורך גל/צבע. לבעיה זו, הוצעו פתרונות InGaN לא-קוטביים וחצי-קוטביים וחלל גביש פוטוניים, אך הם אינם מספקים כיום.

במאמר חדש שפורסם ב-Light Science and Applications, חוקרים בראשות זטיאן מי, פרופסור באוניברסיטת מישיגן, אנאבל, פיתחו LED ירוק בקנה מידה תת-מיקרוני - ניטריד שמתגבר על המכשולים הללו אחת ולתמיד. µleds אלה סונתזו על ידי אפיטקסיה של קרן מולקולרית אזורית סלקטיבית בסיוע פלזמה. בניגוד מוחלט לגישה המסורתית מלמעלה למטה, ה- µled כאן מורכב ממערך של ננו-חוטים, כל אחד בקוטר של 100 עד 200 ננומטר בלבד, מופרדים על ידי עשרות ננומטרים. גישה זו מלמטה למעלה מונעת בעצם נזקי קורוזיה של הקיר לרוחב.

החלק פולט האור של המכשיר, הידוע גם כאזור הפעיל, מורכב ממבני ליבה-קליפה מרובת בארות קוונטיות (MQW) המאופיינים במורפולוגיה של ננו-תיל. בפרט, ה-MQW מורכב מבאר InGaN וממחסום AlGaN. עקב הבדלים בנדידת האטומים הספוגים של יסודות Group III אינדיום, גליום ואלומיניום בדפנות הצדדיות, מצאנו כי אינדיום היה חסר בדפנות הצדדיות של הננו-חוטים, כאשר מעטפת GaN/AlGaN עטפה את ליבת MQW כמו בוריטו. החוקרים גילו שתכולת האל של מעטפת GaN/AlGaN זו ירדה בהדרגה מצד הזרקת האלקטרונים של הננו-חוטים לצד הזרקת החורים. בשל ההבדל בשדות הקיטוב הפנימי של GaN ו- AlN, שיפוע נפח כזה של תכולת Al בשכבת AlGaN משרה אלקטרונים חופשיים, שקל לזרום לליבה של MQW ומקלים על חוסר יציבות הצבע על ידי הפחתת שדה הקיטוב.

למעשה, החוקרים מצאו כי עבור מכשירים בקוטר של פחות ממיקרון אחד, אורך הגל שיא של אלקטרו-לומינסנציה, או פליטת אור המושרה בזרם, נשאר קבוע בסדר גודל של השינוי בהזרקת הזרם. בנוסף, הצוות של פרופסור מי פיתח בעבר שיטה לגידול ציפויי GaN איכותיים על סיליקון לגידול נוריות לד על סיליקון. לפיכך, µled יושב על מצע Si מוכן לשילוב עם מוצרי CMOS אחרים.

ל-µled הזה יש בקלות יישומים פוטנציאליים רבים. פלטפורמת המכשיר תהפוך לחזקה יותר ככל שאורך גל הפליטה של ​​תצוגת ה-RGB המשולבת בשבב מתרחב לאדום.