Les LED traditionnelles ont révolutionné le domaine de l'éclairage et de l'affichage en raison de leurs performances supérieures en termes d'efficacité, de stabilité et de taille de l'appareil.Les LED sont généralement des empilements de films semi-conducteurs minces dont les dimensions latérales sont de quelques millimètres, beaucoup plus petites que les appareils traditionnels tels que les ampoules à incandescence et les tubes cathodiques.Cependant, les applications optoélectroniques émergentes, telles que la réalité virtuelle et augmentée, nécessitent des LED de la taille du micron ou moins.L’espoir est que les LED à l’échelle micro ou submicronique (µled) continuent de posséder bon nombre des qualités supérieures que possèdent déjà les LED traditionnelles, telles qu’une émission très stable, une efficacité et une luminosité élevées, une consommation d’énergie ultra-faible et une émission pleine couleur. tout en ayant une superficie environ un million de fois plus petite, permettant des écrans plus compacts.De telles puces LED pourraient également ouvrir la voie à des circuits photoniques plus puissants si elles pouvaient être développées sur une seule puce sur Si et intégrées à une électronique à semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire (CMOS).
Cependant, jusqu’à présent, de telles µleds sont restées insaisissables, en particulier dans la gamme de longueurs d’onde d’émission du vert au rouge.L'approche traditionnelle dirigée par µ est un processus descendant dans lequel des films de puits quantiques (QW) InGaN sont gravés dans des dispositifs à micro-échelle via un processus de gravure.Alors que les tio2 µleds InGaN QW à base de couches minces ont attiré beaucoup d'attention en raison de nombreuses excellentes propriétés de l'InGaN, telles que le transport efficace des porteurs et l'accordabilité de la longueur d'onde dans toute la plage visible, jusqu'à présent, elles ont été en proie à des problèmes tels que les parois latérales. dommages dus à la corrosion qui s'aggravent à mesure que la taille de l'appareil diminue.De plus, du fait de l’existence de champs de polarisation, ils présentent une instabilité longueur d’onde/couleur.Pour ce problème, des solutions d'InGaN non polaires et semi-polaires et de cavités à cristaux photoniques ont été proposées, mais elles ne sont pas satisfaisantes à l'heure actuelle.
Dans un nouvel article publié dans Light Science and Applications, des chercheurs dirigés par Zetian Mi, professeur à l'Université du Michigan à Annabel, ont développé une LED verte iii à l'échelle submicronique – un nitrure qui surmonte ces obstacles une fois pour toutes.Ces µleds ont été synthétisées par épitaxie régionale sélective par jet moléculaire assistée par plasma.Contrairement à l'approche descendante traditionnelle, le µled consiste ici en un réseau de nanofils, chacun d'un diamètre de seulement 100 à 200 nm, séparés par des dizaines de nanomètres.Cette approche ascendante évite essentiellement les dommages dus à la corrosion des parois latérales.
La partie électroluminescente du dispositif, également connue sous le nom de région active, est composée de structures à puits quantiques multiples (MQW) cœur-coquille caractérisées par une morphologie de nanofils.En particulier, le MQW est constitué du puits InGaN et de la barrière AlGaN.En raison des différences dans la migration des atomes adsorbés des éléments du groupe III que sont l'indium, le gallium et l'aluminium sur les parois latérales, nous avons constaté que l'indium manquait sur les parois latérales des nanofils, où la coque GaN/AlGaN enveloppait le noyau MQW comme un burrito.Les chercheurs ont découvert que la teneur en Al de cette coque GaN/AlGaN diminuait progressivement du côté injection d’électrons des nanofils vers le côté injection de trous.En raison de la différence entre les champs de polarisation internes de GaN et d'AlN, un tel gradient volumique de teneur en Al dans la couche d'AlGaN induit des électrons libres, qui circulent facilement dans le noyau MQW et atténuent l'instabilité de la couleur en réduisant le champ de polarisation.
En fait, les chercheurs ont découvert que pour les dispositifs de moins d’un micron de diamètre, la longueur d’onde maximale de l’électroluminescence, ou émission de lumière induite par le courant, reste constante sur un ordre de grandeur du changement d’injection de courant.En outre, l'équipe du professeur Mi a précédemment développé une méthode permettant de développer des revêtements GaN de haute qualité sur du silicium afin de développer des LED à nanofils sur du silicium.Ainsi, un µled repose sur un substrat Si prêt à être intégré à d’autres composants électroniques CMOS.
Ce µled a facilement de nombreuses applications potentielles.La plate-forme de l'appareil deviendra plus robuste à mesure que la longueur d'onde d'émission de l'écran RVB intégré sur la puce s'étendra vers le rouge.
Heure de publication : 10 janvier 2023