Hefðbundin LED ljós hafa gjörbylta lýsingu og skjáframleiðslu vegna framúrskarandi afkösta þeirra hvað varðar skilvirkni, stöðugleika og stærð tækja. LED ljós eru yfirleitt staflar af þunnum hálfleiðarafilmum með hliðarvídd upp á millimetra, mun minni en hefðbundin tæki eins og glóperur og katóðurör. Hins vegar þurfa nýjar ljósfræðilegar notkunarmöguleikar, svo sem sýndarveruleiki og aukin veruleiki, LED ljós í míkronstærð eða minni. Vonin er sú að LED ljós á ör- eða submíkronstærð (µled) haldi áfram að hafa marga af þeim framúrskarandi eiginleikum sem hefðbundin LED ljós hafa þegar, svo sem mjög stöðuga ljósgeislun, mikla skilvirkni og birtu, afar litla orkunotkun og litgeislun, en séu um milljón sinnum minni að flatarmáli, sem gerir kleift að framleiða samþjappaðari skjái. Slíkar LED flísar gætu einnig rutt brautina fyrir öflugri ljósfræðilegar rafrásir ef hægt er að rækta þær sem eina flís á Si og samþætta þær við CMOS rafeindabúnað (complementary metal oxide halflector).
Hins vegar hafa slíkar µled ljósleiðara hingað til verið torsóttar, sérstaklega á bylgjulengdarsviðinu frá grænu til rauðu ljósi. Hefðbundna aðferðin við µ-led ljósleiðara er ferli þar sem InGaN skammtabrunnsfilmur (QW) eru etsaðar í örsmá tæki með etsunarferli. Þó að þunnfilmu InGaN QW-byggðar tio2 µled ljósleiðarar hafi vakið mikla athygli vegna margra af framúrskarandi eiginleikum InGaN, svo sem skilvirks flutnings burðarbera og bylgjulengdarstillanleika um allt sýnilega sviðið, hafa þeir fram að þessu verið hrjáðir af vandamálum eins og tæringarskemmdum á hliðarveggjum sem versna eftir því sem stærð tækisins minnkar. Að auki, vegna tilvistar skautunarreita, eru þeir með óstöðugleika í bylgjulengd/lit. Fyrir þetta vandamál hafa verið lagðar til óskautaðar og hálfskautaðar InGaN og ljósfræðilegar kristalholalausnir, en þær eru ekki fullnægjandi eins og er.
Í nýrri grein sem birtist í Light Science and Applications hafa vísindamenn undir forystu Zetian Mi, prófessors við Háskólann í Michigan í Annabel, þróað græna LED iii-nítríð á undirmíkron kvarða sem sigrast á þessum hindrunum í eitt skipti fyrir öll. Þessar µleds voru myndaðar með sértækri svæðisbundinni plasma-aðstoðaðri sameindageislagreiningu. Í gerólíkri andstæðu við hefðbundna aðferðina að ofan, samanstendur µled-ið hér af röð nanóvíra, hver aðeins 100 til 200 nm í þvermál, aðskildar með tugum nanómetra. Þessi aðferð að neðan og upp forðast í raun tæringarskemmdir á hliðarveggjum.
Ljósgeislandi hluti tækisins, einnig þekktur sem virka svæðið, samanstendur af kjarna-skeljar margfeldis skammtabrunnsbyggingum (MQW) sem einkennast af nanóvíraformgerð. MQW samanstendur sérstaklega af InGaN brunni og AlGaN hindrun. Vegna mismunandi flutnings aðsogaðra atóma fyrir frumefni í III. flokki indíums, gallíums og áls á hliðarveggjum nanóvíranna, komumst við að því að indíum vantaði á hliðarveggjum nanóvíranna, þar sem GaN/AlGaN skelin vafði MQW kjarnanum eins og burrito. Rannsakendurnir komust að því að Al innihald þessa GaN/AlGaN skeljar minnkaði smám saman frá rafeindainnspýtingarhlið nanóvíranna að holuinnspýtingarhliðinni. Vegna mismunandi innri skautunarsviða GaN og AlN, veldur slíkur rúmmálshalla Al innihalds í AlGaN laginu frjálsum rafeindum, sem auðvelt er að flæða inn í MQW kjarnann og draga úr litaóstöðugleika með því að draga úr skautunarsviðinu.
Reyndar hafa vísindamennirnir komist að því að fyrir tæki sem eru minni en einn míkron í þvermál helst hámarksbylgjulengd rafljómunar, eða straumvölduð ljósgeislun, stöðug um stærðargráðu breytingarinnar á strauminnspýtingu. Þar að auki hefur teymi prófessors Mi áður þróað aðferð til að rækta hágæða GaN húðun á sílikoni til að rækta nanóvíra LED á sílikoni. Þannig situr µled á Si undirlagi tilbúið til samþættingar við aðrar CMOS rafeindabúnaðartæki.
Þessi µLED hefur auðveldlega marga mögulega notkunarmöguleika. Tækjapallurinn mun verða öflugri eftir því sem útgeislunarbylgjulengd innbyggða RGB skjásins á örgjörvanum stækkar í rautt.
Birtingartími: 10. janúar 2023