기존 LED는 효율성, 안정성 및 장치 크기 측면에서 뛰어난 성능으로 인해 조명 및 디스플레이 분야에 혁명을 일으켰습니다.LED는 일반적으로 백열 전구 및 음극관과 같은 기존 장치보다 훨씬 작은 측면 치수가 밀리미터인 얇은 반도체 필름 스택입니다.그러나 가상 및 증강 현실과 같은 새로운 광전자 애플리케이션에는 미크론 이하 크기의 LED가 필요합니다.희망은 마이크로 또는 서브미크론 규모의 LED(μled)가 매우 안정적인 방출, 고효율 및 밝기, 초저전력 소비, 풀 컬러 방출 등 기존 LED가 이미 갖고 있는 우수한 품질을 계속해서 유지하는 것입니다. 면적이 약 100만 배 작아져 더 컴팩트한 디스플레이가 가능해졌습니다.이러한 LED 칩은 Si에서 단일 칩으로 성장하고 CMOS(상보형 금속 산화물 반도체) 전자 장치와 통합될 수 있다면 더욱 강력한 광자 회로를 위한 길을 열 수도 있습니다.
그러나 지금까지 이러한 μled는 특히 녹색에서 빨간색 방출 파장 범위에서 파악하기 어려운 상태로 남아 있습니다.전통적인 LED µ-led 접근 방식은 InGaN 양자 우물(QW) 필름이 에칭 프로세스를 통해 마이크로 규모 장치로 에칭되는 하향식 프로세스입니다.박막 InGaN QW 기반 tio2 µled는 가시 범위 전반에 걸쳐 효율적인 캐리어 전송 및 파장 조정 가능성과 같은 InGaN의 우수한 특성으로 인해 많은 주목을 받았지만 지금까지는 측벽과 같은 문제로 어려움을 겪었습니다. 장치 크기가 줄어들면서 악화되는 부식 손상.또한 편광장의 존재로 인해 파장/색상이 불안정합니다.이러한 문제를 해결하기 위해 비극성, 반극성 InGaN 및 광결정 공동 솔루션이 제안되었으나 현재 만족스럽지 못하다.
Light Science and Application에 발표된 새로운 논문에서 Annabel에 있는 미시간 대학교 교수인 Zetian Mi가 이끄는 연구진은 이러한 장애물을 완전히 극복하는 서브미크론 규모의 녹색 LED iii – 질화물을 개발했습니다.이러한 µled는 선택적 국부적 플라즈마 보조 분자빔 에피택시에 의해 합성되었습니다.전통적인 하향식 접근 방식과 완전히 대조적으로, 여기의 μled는 수십 나노미터로 분리된 각각의 직경이 100~200nm에 불과한 나노와이어 배열로 구성됩니다.이러한 상향식 접근 방식은 본질적으로 측벽 부식 손상을 방지합니다.
활성 영역으로도 알려진 장치의 발광 부분은 나노와이어 형태를 특징으로 하는 코어-쉘 다중 양자 우물(MQW) 구조로 구성됩니다.특히 MQW는 InGaN 우물과 AlGaN 장벽으로 구성됩니다.측벽에 있는 III족 원소 인듐, 갈륨 및 알루미늄의 흡착된 원자 이동의 차이로 인해 우리는 GaN/AlGaN 쉘이 부리토처럼 MQW 코어를 감싸는 나노와이어의 측벽에 인듐이 없다는 것을 발견했습니다.연구진은 이 GaN/AlGaN 껍질의 Al 함량이 나노와이어의 전자 주입 쪽에서 정공 주입 쪽으로 점진적으로 감소한다는 것을 발견했습니다.GaN과 AlN의 내부 분극장의 차이로 인해 AlGaN 층의 Al 함량의 이러한 부피 구배는 자유 전자를 유도하며, 이는 MQW 코어로 쉽게 유입되고 분극 장을 감소시켜 색 불안정성을 완화합니다.
실제로 연구원들은 직경이 1 마이크론 미만인 장치의 경우 전기발광, 즉 전류 유도 발광의 피크 파장이 전류 주입 변화의 크기만큼 일정하게 유지된다는 사실을 발견했습니다.또한 미 교수팀은 앞서 실리콘 위에 나노와이어 LED를 성장시키기 위해 실리콘 위에 고품질 GaN 코팅을 성장시키는 방법을 개발한 바 있다.따라서 µled는 다른 CMOS 전자 장치와 통합할 준비가 된 Si 기판 위에 위치합니다.
이 μled는 많은 잠재적인 응용 분야를 쉽게 가지고 있습니다.칩에 통합된 RGB 디스플레이의 방출 파장이 빨간색으로 확장됨에 따라 장치 플랫폼은 더욱 견고해집니다.
게시 시간: 2023년 1월 10일