ไฟ LED แบบดั้งเดิมได้ปฏิวัติวงการแสงสว่างและการแสดงผลเนื่องจากประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในแง่ของประสิทธิภาพ

LED แบบดั้งเดิมได้ปฏิวัติวงการแสงสว่างและจอแสดงผลด้วยประสิทธิภาพที่เหนือกว่าทั้งในด้านประสิทธิภาพ ความเสถียร และขนาดอุปกรณ์ โดยทั่วไป LED จะประกอบด้วยแผ่นฟิล์มเซมิคอนดักเตอร์บางๆ เรียงซ้อนกัน มีขนาดด้านข้างเป็นมิลลิเมตร ซึ่งเล็กกว่าอุปกรณ์แบบดั้งเดิม เช่น หลอดไส้และหลอดแคโทดมาก อย่างไรก็ตาม แอปพลิเคชันออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่กำลังเกิดขึ้น เช่น เทคโนโลยีเสมือนจริงและความเป็นจริงเสริม (AR) จำเป็นต้องใช้ LED ที่มีขนาดไมครอนหรือเล็กกว่า ความหวังคือ LED ระดับไมโครหรือซับไมครอน (µled) จะยังคงมีคุณสมบัติที่เหนือกว่า LED แบบดั้งเดิมหลายประการ เช่น การเปล่งแสงที่เสถียรสูง ประสิทธิภาพและความสว่างสูง การใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ และการเปล่งแสงสีเต็มรูปแบบ ในขณะที่มีขนาดเล็กกว่าประมาณหนึ่งล้านเท่า ทำให้จอแสดงผลมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ชิป LED เหล่านี้อาจปูทางไปสู่วงจรโฟโตนิกส์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น หากสามารถพัฒนาชิปเดี่ยวบนซิลิคอน (Si) และผสานรวมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม (CMOS) ได้

อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ µled ดังกล่าวยังคงหาได้ยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงความยาวคลื่นการแผ่รังสีสีเขียวถึงสีแดง วิธีการ µ-led แบบดั้งเดิมของ led เป็นกระบวนการจากบนลงล่าง ซึ่งฟิล์มควอนตัมเวลล์ (QW) ของ InGaN จะถูกกัดกร่อนลงในอุปกรณ์ระดับไมโครผ่านกระบวนการกัดกร่อน แม้ว่า µled tio2 แบบฟิล์มบางที่ใช้ InGaN QW จะได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการของ InGaN เช่น การขนส่งพาหะที่มีประสิทธิภาพและความสามารถในการปรับความยาวคลื่นได้ตลอดช่วงแสงที่มองเห็นได้ แต่จนถึงปัจจุบัน µled เหล่านี้ยังคงประสบปัญหาต่างๆ เช่น ความเสียหายจากการกัดกร่อนของผนังด้านข้างที่แย่ลงเมื่อขนาดอุปกรณ์เล็กลง นอกจากนี้ เนื่องจากมีสนามโพลาไรเซชัน พวกมันจึงมีความไม่เสถียรของความยาวคลื่น/สี สำหรับปัญหานี้ ได้มีการเสนอโซลูชัน InGaN แบบไม่มีขั้วและกึ่งขั้วและโพรงผลึกโฟโตนิก แต่ปัจจุบันยังไม่เป็นที่น่าพอใจ

ในงานวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Light Science and Applications นักวิจัยนำโดย Zetian Mi ศาสตราจารย์ Annabel แห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกน ได้พัฒนาหลอด LED สีเขียวขนาดซับไมครอน iii – ไนไตรด์ ที่สามารถเอาชนะอุปสรรคเหล่านี้ได้อย่างถาวร ไมโครเลดเหล่านี้สังเคราะห์ขึ้นโดยอาศัยอิพิแทกซีลำแสงโมเลกุลแบบพลาสมาช่วยเฉพาะส่วน ไมโครเลดนี้แตกต่างจากวิธีการแบบบนลงล่างแบบดั้งเดิมอย่างสิ้นเชิง โดยประกอบด้วยเส้นลวดนาโนหลายเส้น แต่ละเส้นมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 100 ถึง 200 นาโนเมตร ห่างกันหลายสิบนาโนเมตร วิธีการแบบล่างขึ้นบนนี้โดยพื้นฐานแล้วช่วยป้องกันความเสียหายจากการกัดกร่อนของผนังด้านข้าง

ส่วนเปล่งแสงของอุปกรณ์ หรือที่รู้จักกันในชื่อบริเวณแอคทีฟ ประกอบด้วยโครงสร้างควอนตัมเวลล์หลายชั้น (MQW) แบบแกน-เปลือก ซึ่งมีลักษณะทางสัณฐานวิทยาของเส้นลวดนาโน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง MQW ประกอบด้วยหลุม InGaN และตัวกั้น AlGaN เนื่องจากความแตกต่างของการเคลื่อนย้ายอะตอมของธาตุหมู่ III อย่างอินเดียม แกลเลียม และอะลูมิเนียมบนผนังด้านข้าง เราจึงพบว่าไม่มีอินเดียมบนผนังด้านข้างของเส้นลวดนาโน ซึ่งเปลือก GaN/AlGaN ห่อหุ้มแกน MQW ไว้เหมือนเบอร์ริโต นักวิจัยพบว่าปริมาณ Al ในเปลือก GaN/AlGaN นี้ค่อยๆ ลดลงจากด้านการฉีดอิเล็กตรอนของเส้นลวดนาโนไปยังด้านการฉีดโฮล เนื่องจากความแตกต่างของสนามโพลาไรเซชันภายในของ GaN และ AlN การไล่ระดับปริมาตรของปริมาณ Al ในชั้น AlGaN ดังกล่าวจะเหนี่ยวนำให้เกิดอิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งไหลเข้าสู่แกน MQW ได้ง่าย และช่วยลดความไม่เสถียรของสีโดยการลดสนามโพลาไรเซชัน

ในความเป็นจริง นักวิจัยพบว่าสำหรับอุปกรณ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่าหนึ่งไมครอน ความยาวคลื่นสูงสุดของการเรืองแสงด้วยไฟฟ้า หรือการปล่อยแสงเหนี่ยวนำจากกระแสไฟฟ้า จะยังคงที่ในระดับหนึ่งเท่าของการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่ฉีดเข้าไป นอกจากนี้ ทีมวิจัยของศาสตราจารย์หมี่ยังได้พัฒนาวิธีการเพาะเคลือบ GaN คุณภาพสูงบนซิลิคอนเพื่อเพาะ LED แบบนาโนไวร์บนซิลิคอน ดังนั้น µled จึงวางอยู่บนแผ่นรองรับซิลิคอน พร้อมสำหรับการผสานรวมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ CMOS อื่นๆ

µled นี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย แพลตฟอร์มอุปกรณ์จะมีความทนทานมากขึ้นเมื่อความยาวคลื่นการปล่อยของจอแสดงผล RGB ในตัวบนชิปขยายเป็นสีแดง