GÖRÜNTÜ: (A) INGAN/AGAN ÇOKLU KUANTUM KUYU NANOTEL DİZİSİNİN ŞEMASI. (B) CİHAZIN ELEKTROLÜMİNESANSININ ZİRVE DALGA BOYU, MEVCUT ENJEKSİYONDA BİR DEĞİŞİM BÜYÜKLÜĞÜ ÜZERİNDE SABİT KALIR. (C) İYİ DÜZELTME ORANI VE GÖZLERLE GÖRÜNEN GÜÇLÜ YEŞİL EMİSYON GÖSTEREN BİR CİHAZIN AKIM GERİLİM ÖZELLİKLERİ.
KREDİ: YUANPENG WU, YIXIN XIAO, ISHTIAQUE NAVID, KAI SUN, YAKSHITA MALHOTRA, PING WANG, DING WANG, YUANXIANG XU, AYUSH PANDEY, REDDEPPA MADDAKA, WALTER SHIN, JIANGNAN LIU, JUNGWOOK MIN, ZETİAN MI
Verimlilik, kararlılık ve cihaz hacmindeki üstün özellikleri nedeniyle, geleneksel ışık yayan diyotlar (LED'ler), aydınlatma ve görüntüleme dünyasında halihazırda devrim yaratmıştır. LED'ler tipik olarak, akkor ampuller ve katot tüpleri gibi geleneksel cihazlardan çok daha küçük olan, yanal boyutları milimetre düzeyinde olan yarı iletken ince film yığınlarıdır. Ancak sanal ve artırılmış gerçeklik gibi yeni ortaya çıkan optoelektronik uygulamalar, mikrometre ölçeğinde veya daha küçük boyutlarda LED'lere ihtiyaç duyuyor. Mikro veya mikron altı ölçekli LED'lerin (μLED'ler), oldukça kararlı emisyon, yüksek verimlilik ve parlaklık, ultra düşük güç tüketimi ve tam renkli emisyon gibi geleneksel LED'lerin halihazırda sahip olduğu birçok üstün niteliğe sahip olmaya devam etmesi, aynı zamanda alanın yaklaşık bir milyon kat daha küçük olması ve çok daha kompakt ekrana olanak sağlaması arzu edilmektedir. Bu tür µLED'ler ayrıca tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) elektronikleriyle entegrasyon için Si üzerinde monolitik olarak büyütülebilirlerse çok daha güçlü fotonik devrelerin yolunu açacaktır.
Ancak bugüne kadar bu tür µLED'ler, özellikle yeşilden kırmızıya kadar olan emisyon dalga boyu aralığında bulunması zor olmaya devam ediyor. µLED'lere yönelik geleneksel yaklaşım, InGaN kuantum kuyusu (QW) ince filmlerinin aşındırma işlemleri yoluyla mikro ölçekte boyutlara sahip cihazlara dönüştürüldüğü yukarıdan aşağıya bir işlemdir. İnce film InGaN QW tabanlı µLED'ler, InGaN'in verimli yük taşıyıcısı aktarımı ve tüm görünür aralıkta dalga boyu ayarlanabilirliği gibi arzu edilen birçok özelliğinden dolayı büyük ilgi görmüş olsa da, şu ana kadar cihaz boyutu küçüldükçe kötüleşen yan duvar aşındırma hasarı gibi sorunlardan muzdarip olmuşlardır. Ayrıca, polar olmayan ve yarı kutuplu InGaN ve fotonik kristal boşlukları gibi çözümlerin önerildiği ancak şu ana kadar tatmin edici olmadığı polarizasyon alanlarından dolayı dalga boyu/renk kararsızlığından muzdariptirler.
Light Science & Application dergisinde yayınlanan yeni bir makalede, ABD'nin Ann Arbor kentindeki Michigan Üniversitesi'nden Profesör Zetian Mi liderliğindeki araştırmacılar, bu engelleri tek seferde aşan III-nitrür mikron altı ölçekli yeşil µLED'ler geliştirdiler. Bu µLED'ler seçici alan plazma destekli moleküler ışın epitaksisi ile sentezlenir. Geleneksel yukarıdan aşağıya yaklaşımın tam tersine, buradaki µLED'ler, her biri yalnızca 100~200 nm çapında ve onlarca nanometre aralıklı olan nanotel dizilerinden oluşuyor. Böyle bir aşağıdan yukarıya yaklaşım, doğası gereği yan duvar aşındırma hasarını önler.
Cihazın aktif bölge olarak da bilinen ışık yayan kısmı, nanotel morfolojisine özgü bir çekirdek-kabuk çoklu kuantum kuyusu (MQW) yapısından oluşur. Özellikle MQW, InGaN kuyularından ve AlGaN bariyerlerinden oluşur. İndiyum, galyum ve alüminyumdan oluşan grup III elementleri arasındaki yan duvardaki adamato göçündeki farklılıklar nedeniyle, bir GaN/AlGaN kabuğunun MQW çekirdeğini bir burrito gibi sardığı nanotelin yan duvarlarında indiyumun bulunmadığı bulunmuştur. Araştırmacılar, bu GaN/AlGaN kabuğunun Al içeriğinin, nanotelin elektron enjeksiyon tarafından delik enjeksiyon tarafına doğru azaldığını bulmuşlardır. GaN ve AlN arasındaki iç polarizasyon alanı farklılığından dolayı, AlGaN katmanlarındaki Al içeriğindeki bu tür bir toplu gradyan, polarizasyon alanlarını azaltarak renk kararsızlığını hafifletmek için MQW çekirdeğine kolayca akabilen serbest elektronları indükler.
Aslında araştırmacılar, çapı bir mikrometreden küçük olan bir cihaz için, elektrolüminesansın veya elektrik akımının neden olduğu ışık emisyonunun tepe dalga boyunun, akım enjeksiyonundaki değişimin bir mertebesinde sabit kaldığını bulmuşlardır. Dahası, Prof. Mi'nin grubu daha önce silikon üzerinde yüksek kaliteli GaN epikatmanı büyütmek için bir yöntem geliştirdi ve bunun üzerine nanotel µLED'ler büyütüldü. Bu nedenle µLED'ler, diğer CMOS elektronikleriyle entegrasyona hazır şekilde doğal olarak bir Si alt katmanı üzerinde oturur.
Bu tür µLED'lerin kolaylıkla birçok potansiyel uygulama senaryosu vardır. Çip üzerinde entegre RGB ekran için emisyon dalga boyunun kırmızıya genişletilmesiyle cihaz platformu daha sağlam hale gelecektir.
Gönderim zamanı: Kasım-01-2022