ტრადიციულმა LED-ებმა რევოლუცია მოახდინეს განათებისა და დისპლეის სფეროში ეფექტურობის თვალსაზრისით მათი უმაღლესი ხარისხის წყალობით.

ტრადიციულმა LED-ებმა რევოლუცია მოახდინეს განათებისა და ეკრანის სფეროში მათი უმაღლესი ხარისხის გამო ეფექტურობის, სტაბილურობისა და მოწყობილობის ზომის თვალსაზრისით. LED-ები, როგორც წესი, თხელი ნახევარგამტარული ფირების დასტაა მილიმეტრების გვერდითი ზომებით, რაც გაცილებით მცირეა ტრადიციულ მოწყობილობებთან შედარებით, როგორიცაა ინკანდესენტური ნათურები და კათოდური მილები. თუმცა, ახალი ოპტოელექტრონული აპლიკაციები, როგორიცაა ვირტუალური და გაძლიერებული რეალობა, მოითხოვს მიკრონის ან ნაკლები ზომის LED-ებს. იმედია, მიკრო ან სუბმიკრონული მასშტაბის LED-ებს (µleds) კვლავაც ექნებათ ტრადიციული LED-ების მრავალი უპირატესობა, როგორიცაა მაღალი სტაბილურობის გამოსხივება, მაღალი ეფექტურობა და სიკაშკაშე, ულტრა დაბალი ენერგომოხმარება და სრული ფერის გამოსხივება, ხოლო ფართობით დაახლოებით მილიონჯერ პატარა იქნება, რაც უფრო კომპაქტური ეკრანების შექმნის საშუალებას იძლევა. ასეთ LED ჩიპებს ასევე შეუძლიათ გზა გაუხსნან უფრო მძლავრ ფოტონურ სქემებს, თუ მათი Si-ზე ერთჩიპად გაზრდა და დამატებითი ლითონის ოქსიდის ნახევარგამტარული (CMOS) ელექტრონიკასთან ინტეგრირება იქნება შესაძლებელი.

თუმცა, ჯერჯერობით, ასეთი µLED-ები მიუწვდომელი რჩება, განსაკუთრებით მწვანედან წითელამდე ემისიის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში. ტრადიციული LED µ-LED მიდგომა არის ზემოდან ქვემოთ პროცესი, რომლის დროსაც InGaN კვანტური ჭის (QW) ფენები მიკრომასშტაბიან მოწყობილობებში ამოტვიფრულია ამოტვიფრის პროცესის საშუალებით. მიუხედავად იმისა, რომ თხელფენოვანი InGaN QW-ზე დაფუძნებული tio2 µLED-ები დიდ ყურადღებას იპყრობს InGaN-ის მრავალი შესანიშნავი თვისების გამო, როგორიცაა მატარებლების ეფექტური ტრანსპორტირება და ტალღის სიგრძის რეგულირება მთელ ხილულ დიაპაზონში, აქამდე მათ აწუხებდათ ისეთი პრობლემები, როგორიცაა გვერდითი კედლის კოროზიის დაზიანება, რომელიც უარესდება მოწყობილობის ზომის შემცირებასთან ერთად. გარდა ამისა, პოლარიზაციის ველების არსებობის გამო, მათ აქვთ ტალღის სიგრძის/ფერის არასტაბილურობა. ამ პრობლემისთვის შემოთავაზებულია არაპოლარული და ნახევრადპოლარული InGaN და ფოტონური კრისტალური ღრუს გადაწყვეტილებები, მაგრამ ისინი ამჟამად დამაკმაყოფილებელი არ არის.

ჟურნალ „სინათლის მეცნიერებასა და აპლიკაციებში“ გამოქვეყნებულ ახალ ნაშრომში, მიჩიგანის უნივერსიტეტის, ანაბელის, პროფესორის, ზეტიან მი-ს ხელმძღვანელობით, მკვლევრებმა შეიმუშავეს მიკრონული მასშტაბის მწვანე LED iii – ნიტრიდი, რომელიც ერთხელ და სამუდამოდ გადალახავს ამ დაბრკოლებებს. ეს µLED-ები სინთეზირებული იქნა შერჩევითი რეგიონალური პლაზმური მოლეკულური სხივური ეპიტაქსიით. ტრადიციული ზემოდან ქვემოთ მიდგომისგან მკვეთრად განსხვავებით, აქ არსებული µLED შედგება ნანომავთულების მასივისგან, რომელთაგან თითოეული მხოლოდ 100-დან 200 ნმ-მდე დიამეტრისაა და ერთმანეთისგან ათობით ნანომეტრით არის გამოყოფილი. ეს ქვემოდან ზემოთ მიდგომა არსებითად თავიდან აგაცილებთ გვერდითი კედლის კოროზიით მიყენებულ დაზიანებას.

მოწყობილობის სინათლის გამოსხივების ნაწილი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც აქტიური რეგიონი, შედგება ბირთვი-გარსიანი მრავლობითი კვანტური ჭის (MQW) სტრუქტურებისგან, რომლებიც ხასიათდება ნანომავთულების მორფოლოგიით. კერძოდ, MQW შედგება InGaN ჭისა და AlGaN ბარიერისგან. III ჯგუფის ელემენტების ინდიუმის, გალიუმის და ალუმინის გვერდით კედლებზე ადსორბირებული ატომების მიგრაციის განსხვავებების გამო, ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ ინდიუმი არ იყო ნანომავთულების გვერდით კედლებზე, სადაც GaN/AlGaN გარსი ბურიტოს მსგავსად ახვევდა MQW ბირთვს. მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ ამ GaN/AlGaN გარსში Al-ის შემცველობა თანდათან მცირდებოდა ნანომავთულების ელექტრონების ინექციის მხრიდან ხვრელის ინექციის მხარეს. GaN-ისა და AlN-ის შიდა პოლარიზაციის ველების სხვაობის გამო, AlGaN ფენაში Al-ის შემცველობის ასეთი მოცულობითი გრადიენტი იწვევს თავისუფალ ელექტრონებს, რომლებიც ადვილად მიედინება MQW ბირთვში და ამსუბუქებს ფერის არასტაბილურობას პოლარიზაციის ველის შემცირებით.

სინამდვილეში, მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ ერთ მიკრონზე ნაკლები დიამეტრის მქონე მოწყობილობებისთვის, ელექტროლუმინესცენციის პიკური ტალღის სიგრძე, ანუ დენით გამოწვეული სინათლის ემისია, მუდმივი რჩება დენის ინექციის ცვლილების სიდიდის რიგის მიხედვით. გარდა ამისა, პროფესორ მი-ს გუნდმა ადრე შეიმუშავა მეთოდი სილიციუმზე მაღალი ხარისხის GaN საფარის გასაზრდელად, რათა სილიციუმზე ნანომავთულებიანი LED-ები გაიზარდოს. ამრიგად, µLED დგას Si სუბსტრატზე, მზადაა სხვა CMOS ელექტრონიკასთან ინტეგრაციისთვის.

ამ µLED-ს ადვილად შეუძლია მრავალი პოტენციური გამოყენება. მოწყობილობის პლატფორმა უფრო სტაბილური გახდება, რადგან ჩიპზე ინტეგრირებული RGB დისპლეის გამოსხივების ტალღის სიგრძე წითელ ფერამდე გაფართოვდება.