LED tradisional telah merevolusi bidang pencahayaan dan tampilan karena kinerjanya yang unggul dalam hal efisiensi, stabilitas, dan ukuran perangkat. LED biasanya berupa tumpukan film semikonduktor tipis dengan dimensi lateral milimeter, jauh lebih kecil dibandingkan perangkat tradisional seperti lampu pijar dan tabung katoda. Namun, aplikasi optoelektronik yang sedang berkembang, seperti virtual dan augmented reality, memerlukan LED berukuran mikron atau kurang. Harapannya adalah LED skala mikro atau submikron (µled) tetap memiliki banyak kualitas unggul yang sudah dimiliki oleh LED tradisional, seperti emisi yang sangat stabil, efisiensi dan kecerahan tinggi, konsumsi daya sangat rendah, dan emisi penuh warna. sekaligus memiliki luas sekitar satu juta kali lebih kecil, memungkinkan tampilan yang lebih ringkas. Chip LED semacam itu juga dapat membuka jalan bagi sirkuit fotonik yang lebih kuat jika chip tersebut dapat dikembangkan menjadi chip tunggal pada Si dan diintegrasikan dengan elektronik semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS).
Namun, sejauh ini, µled tersebut masih sulit dipahami, terutama pada rentang panjang gelombang emisi hijau hingga merah. Pendekatan led µ-led tradisional adalah proses top-down di mana film sumur kuantum (QW) InGaN diukir ke dalam perangkat skala mikro melalui proses pengetsaan. Meskipun tio2 µled berbasis InGaN QW film tipis telah menarik banyak perhatian karena banyak sifat InGaN yang sangat baik, seperti transportasi pembawa yang efisien dan kemampuan penyesuaian panjang gelombang di seluruh rentang yang terlihat, hingga saat ini mereka telah diganggu oleh masalah seperti dinding samping. kerusakan korosi yang memburuk seiring dengan menyusutnya ukuran perangkat. Selain itu, karena adanya medan polarisasi, mereka memiliki ketidakstabilan panjang gelombang/warna. Untuk masalah ini, solusi rongga kristal InGaN non-polar dan semi-polar serta fotonik telah diusulkan, namun saat ini solusi tersebut belum memuaskan.
Dalam makalah baru yang diterbitkan di Light Science and Applications, para peneliti yang dipimpin oleh Zetian Mi, seorang profesor di Universitas Michigan, Annabel, telah mengembangkan LED hijau iii – nitrida skala submikron yang mengatasi hambatan ini untuk selamanya. µled ini disintesis oleh epitaksi berkas molekul berbantuan plasma regional selektif. Berbeda sekali dengan pendekatan top-down tradisional, μled di sini terdiri dari serangkaian kawat nano, masing-masing hanya berdiameter 100 hingga 200 nm, dipisahkan oleh puluhan nanometer. Pendekatan bottom-up ini pada dasarnya menghindari kerusakan korosi dinding lateral.
Bagian perangkat yang memancarkan cahaya, juga dikenal sebagai wilayah aktif, terdiri dari struktur sumur kuantum ganda (MQW) cangkang inti yang dicirikan oleh morfologi kawat nano. Secara khusus, MQW terdiri dari sumur InGaN dan penghalang AlGaN. Karena perbedaan dalam migrasi atom teradsorpsi unsur-unsur Golongan III indium, galium, dan aluminium pada dinding samping, kami menemukan bahwa indium hilang pada dinding samping kawat nano, di mana 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 kawat nano ke sisi injeksi lubang. Karena perbedaan bidang polarisasi internal GaN dan AlN, gradien volume kandungan Al di lapisan AlGaN menginduksi elektron bebas, yang mudah mengalir ke inti MQW dan mengurangi ketidakstabilan warna dengan mengurangi bidang polarisasi.
Faktanya, para peneliti telah menemukan bahwa untuk perangkat yang berdiameter kurang dari satu mikron, panjang gelombang puncak electroluminescence, atau emisi cahaya yang diinduksi arus, tetap konstan berdasarkan urutan besarnya perubahan injeksi arus. Selain itu, tim Profesor Mi sebelumnya telah mengembangkan metode untuk menumbuhkan lapisan GaN berkualitas tinggi pada silikon untuk menumbuhkan kawat nano pada silikon. Dengan demikian, sebuah μled berada pada substrat Si yang siap untuk diintegrasikan dengan elektronik CMOS lainnya.
µled ini dengan mudah memiliki banyak aplikasi potensial. Platform perangkat akan menjadi lebih kuat seiring dengan meluasnya panjang gelombang emisi tampilan RGB terintegrasi pada chip menjadi merah.
Waktu posting: 10 Januari 2023