LED tradisional telah merevolusi bidang pencahayaan dan tampilan berkat kinerja superiornya dalam hal efisiensi, stabilitas, dan ukuran perangkat. LED biasanya berupa tumpukan film semikonduktor tipis dengan dimensi lateral milimeter, jauh lebih kecil daripada perangkat tradisional seperti lampu pijar dan tabung katoda. Namun, aplikasi optoelektronik yang sedang berkembang, seperti realitas virtual dan tertambah, membutuhkan LED berukuran mikron atau kurang. Harapannya adalah LED skala mikro atau submikron (µLED) tetap memiliki banyak kualitas superior yang sudah dimiliki LED tradisional, seperti emisi yang sangat stabil, efisiensi dan kecerahan tinggi, konsumsi daya yang sangat rendah, dan emisi warna penuh, sekaligus ukurannya sekitar satu juta kali lebih kecil, sehingga memungkinkan tampilan yang lebih ringkas. Chip LED semacam itu juga dapat membuka jalan bagi sirkuit fotonik yang lebih kuat jika dapat dikembangkan menjadi chip tunggal pada Si dan diintegrasikan dengan elektronik semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS).
Namun, sejauh ini, µled seperti itu masih sulit dipahami, terutama dalam rentang panjang gelombang emisi hijau ke merah. Pendekatan µ-led led tradisional adalah proses top-down di mana film sumur kuantum (QW) InGaN dietsa ke dalam perangkat skala mikro melalui proses etsa. Meskipun µled tio2 berbasis QW InGaN film tipis telah menarik banyak perhatian karena banyak sifat InGaN yang luar biasa, seperti transportasi pembawa yang efisien dan penyetelan panjang gelombang di seluruh rentang tampak, hingga saat ini mereka telah diganggu oleh masalah seperti kerusakan korosi dinding samping yang memburuk seiring dengan menyusutnya ukuran perangkat. Selain itu, karena adanya medan polarisasi, mereka memiliki ketidakstabilan panjang gelombang/warna. Untuk masalah ini, solusi InGaN non-polar dan semi-polar dan rongga kristal fotonik telah diusulkan, tetapi saat ini belum memuaskan.
Dalam makalah baru yang diterbitkan dalam Light Science and Applications, para peneliti yang dipimpin oleh Zetian Mi, seorang profesor di University of Michigan, Annabel, telah mengembangkan LED hijau iii-nitrida skala submikron yang mengatasi kendala ini untuk selamanya. µled ini disintesis melalui epitaksi berkas molekuler berbantuan plasma regional selektif. Berbeda dengan pendekatan top-down tradisional, µled di sini terdiri dari susunan nanokawat, masing-masing berdiameter hanya 100 hingga 200 nm, yang dipisahkan oleh jarak puluhan nanometer. Pendekatan bottom-up ini pada dasarnya menghindari kerusakan akibat korosi dinding lateral.
Bagian pemancar cahaya perangkat, juga dikenal sebagai daerah aktif, tersusun dari struktur sumur kuantum ganda (MQW) inti-kulit yang dicirikan oleh morfologi nanokawat. MQW, khususnya, terdiri dari sumur InGaN dan penghalang AlGaN. Karena perbedaan migrasi atom teradsorpsi unsur-unsur Golongan III indium, galium, dan aluminium pada dinding samping, kami menemukan bahwa indium tidak ada pada dinding samping nanokawat, tempat cangkang GaN/AlGaN membungkus inti MQW seperti burrito. Para peneliti menemukan bahwa kandungan Al pada cangkang GaN/AlGaN ini menurun secara bertahap dari sisi injeksi elektron nanokawat ke sisi injeksi lubang. Karena perbedaan medan polarisasi internal GaN dan AlN, gradien volume kandungan Al pada lapisan AlGaN tersebut menginduksi elektron bebas, yang mudah mengalir ke inti MQW dan mengurangi ketidakstabilan warna dengan mengurangi medan polarisasi.
Faktanya, para peneliti telah menemukan bahwa untuk perangkat dengan diameter kurang dari satu mikron, panjang gelombang puncak elektroluminesensi, atau emisi cahaya yang diinduksi arus, tetap konstan pada orde besaran perubahan injeksi arus. Selain itu, tim Profesor Mi sebelumnya telah mengembangkan metode untuk menumbuhkan lapisan GaN berkualitas tinggi pada silikon untuk menumbuhkan LED nanowire pada silikon. Dengan demikian, sebuah µLED berada di atas substrat Si yang siap untuk diintegrasikan dengan elektronik CMOS lainnya.
µled ini memiliki banyak potensi aplikasi. Platform perangkat akan menjadi lebih tangguh seiring dengan meluasnya panjang gelombang emisi layar RGB terintegrasi pada chip menjadi merah.
Waktu posting: 10-Jan-2023