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 daripada perangkat tradisional seperti lampu pijar dan tabung katode. Namun, aplikasi optoelektronik yang baru muncul, seperti realitas virtual dan augmented, memerlukan LED dalam ukuran mikron atau kurang. Harapannya adalah bahwa LED skala mikro atau submikron (µled) terus memiliki banyak kualitas unggul yang sudah dimiliki oleh LED tradisional, seperti emisi yang sangat stabil, efisiensi dan kecerahan tinggi, konsumsi daya yang sangat rendah, dan emisi penuh warna, sementara luasnya sekitar satu juta kali lebih kecil, memungkinkan tampilan yang lebih ringkas. Chip LED tersebut 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 diukir ke dalam perangkat skala mikro melalui proses etsa. Sementara 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 yang terlihat, hingga sekarang mereka telah diganggu oleh masalah seperti kerusakan korosi dinding samping yang memburuk saat ukuran perangkat menyusut. 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 tidak memuaskan.
Dalam sebuah makalah baru yang diterbitkan dalam Light Science and Applications, para peneliti yang dipimpin oleh Zetian Mi, seorang profesor di Universitas Michigan, Annabel, telah mengembangkan LED hijau skala submikron iii – nitrida yang mengatasi kendala ini untuk selamanya. µled ini disintesis oleh epitaksi berkas molekuler berbantuan plasma regional selektif. Berbeda sekali dengan pendekatan top-down tradisional, µled di sini terdiri dari serangkaian nanokabel, masing-masing hanya berdiameter 100 hingga 200 nm, yang dipisahkan oleh puluhan nanometer. Pendekatan bottom-up ini pada dasarnya menghindari kerusakan akibat korosi dinding lateral.
Bagian pemancar cahaya dari perangkat, yang juga dikenal sebagai wilayah aktif, tersusun dari struktur multiple quantum well (MQW) inti-kulit yang dicirikan oleh morfologi nanowire. Secara khusus, MQW terdiri dari sumur InGaN dan penghalang AlGaN. Karena perbedaan migrasi atom yang teradsorpsi dari unsur-unsur Grup III indium, galium, dan aluminium pada dinding samping, kami menemukan bahwa indium tidak ada pada dinding samping nanowire, tempat kulit GaN/AlGaN membungkus inti MQW seperti burrito. Para peneliti menemukan bahwa kandungan Al dari kulit GaN/AlGaN ini menurun secara bertahap dari sisi injeksi elektron nanowire ke sisi injeksi lubang. Karena perbedaan medan polarisasi internal GaN dan AlN, gradien volume kandungan Al dalam 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 nanowire led pada silikon. Dengan demikian, µled berada pada substrat Si yang siap untuk diintegrasikan dengan elektronik CMOS lainnya.
µled ini memiliki banyak aplikasi potensial. Platform perangkat akan menjadi lebih tangguh karena panjang gelombang emisi tampilan RGB terintegrasi pada chip meluas menjadi merah.
Waktu posting: 10-Jan-2023