LED แบบดั้งเดิมได้ปฏิวัติวงการการให้แสงสว่างและการแสดงผลเนื่องจากประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในแง่ของประสิทธิภาพ

LED แบบดั้งเดิมได้ปฏิวัติวงการแสงสว่างและจอภาพเนื่องจากประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในแง่ของประสิทธิภาพ ความเสถียร และขนาดอุปกรณ์ LED มักจะเป็นแผ่นฟิล์มเซมิคอนดักเตอร์บางๆ ที่เรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ ที่มีขนาดด้านข้างเป็นมิลลิเมตร ซึ่งเล็กกว่าอุปกรณ์แบบดั้งเดิม เช่น หลอดไส้และหลอดแคโทดมาก อย่างไรก็ตาม แอพพลิเคชั่นออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่เพิ่งเกิดขึ้น เช่น ความจริงเสมือนและความจริงเสริม จำเป็นต้องใช้ LED ที่มีขนาดไมครอนหรือเล็กกว่านั้น เราหวังว่า LED ในระดับไมโครหรือซับไมครอน (µled) จะยังคงมีคุณลักษณะที่เหนือกว่า LED แบบดั้งเดิมหลายประการ เช่น การแผ่รังสีที่เสถียรสูง ประสิทธิภาพและความสว่างสูง การใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ และการแผ่รังสีสีเต็มรูปแบบ ในขณะที่มีขนาดเล็กกว่าประมาณล้านเท่า ทำให้จอภาพมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ชิป LED ดังกล่าวอาจปูทางไปสู่วงจรโฟโตนิกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ หากสามารถปลูกชิปเดี่ยวบนซิลิกอนและรวมเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม (CMOS) ได้

อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ µled ดังกล่าวยังคงหาได้ยาก โดยเฉพาะในช่วงความยาวคลื่นการแผ่รังสีสีเขียวถึงสีแดง แนวทาง µ-led แบบ led ดั้งเดิมเป็นกระบวนการจากบนลงล่างซึ่งฟิล์มควอนตัมเวลล์ (QW) ของ InGaN จะถูกแกะสลักลงในอุปกรณ์ขนาดไมโครผ่านกระบวนการแกะสลัก แม้ว่า µled tio2 แบบฟิล์มบางที่ใช้ QW ของ InGaN จะดึงดูดความสนใจอย่างมากเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการของ InGaN เช่น การขนส่งพาหะที่มีประสิทธิภาพและการปรับความยาวคลื่นได้ตลอดช่วงที่มองเห็นได้ แต่จนถึงขณะนี้ µled ยังคงประสบปัญหาต่างๆ เช่น ความเสียหายจากการกัดกร่อนของผนังด้านข้างที่แย่ลงเมื่อขนาดของอุปกรณ์เล็กลง นอกจากนี้ เนื่องจากมีสนามโพลาไรเซชัน พวกมันจึงมีความไม่เสถียรของความยาวคลื่น/สี สำหรับปัญหานี้ ได้มีการเสนอโซลูชัน InGaN แบบไม่มีขั้วและกึ่งขั้วและโพรงผลึกโฟโตนิก แต่ปัจจุบันยังไม่น่าพอใจ

ในเอกสารใหม่ที่ตีพิมพ์ใน Light Science and Applications นักวิจัยที่นำโดย Zetian Mi ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน Annabel ได้พัฒนา LED สีเขียวขนาดย่อยไมครอน iii – ไนไตรด์ที่สามารถเอาชนะอุปสรรคเหล่านี้ได้อย่างเด็ดขาด µled เหล่านี้สังเคราะห์ขึ้นโดยอาศัยอิพิแทกซีลำแสงโมเลกุลแบบเฉพาะภูมิภาคที่ช่วยเหลือด้วยพลาสมา ซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากแนวทางแบบบนลงล่างแบบดั้งเดิม µled ในภาพนี้ประกอบด้วยอาร์เรย์ของเส้นลวดนาโน ซึ่งแต่ละเส้นมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 100 ถึง 200 นาโนเมตร ห่างกันเป็นสิบนาโนเมตร แนวทางแบบล่างขึ้นบนนี้หลีกเลี่ยงความเสียหายจากการกัดกร่อนผนังด้านข้างได้อย่างแท้จริง

ส่วนเปล่งแสงของอุปกรณ์ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าบริเวณที่ใช้งานประกอบด้วยโครงสร้างควอนตัมเวลล์หลายชั้นแบบคอร์-เชลล์ (MQW) ซึ่งมีลักษณะทางสัณฐานวิทยาของเส้นลวดนาโน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง MQW ประกอบด้วยเวลล์ InGaN และแบริเออร์ AlGaN เนื่องจากความแตกต่างในการเคลื่อนย้ายอะตอมที่ดูดซับของธาตุกลุ่ม III อย่างอินเดียม แกลเลียม และอะลูมิเนียมบนผนังด้านข้าง เราจึงพบว่าไม่มีอินเดียมบนผนังด้านข้างของเส้นลวดนาโน ซึ่งเปลือก GaN/AlGaN ห่อหุ้มแกน MQW เหมือนเบอร์ริโต นักวิจัยพบว่าปริมาณ Al ในเปลือก GaN/AlGaN นี้ค่อยๆ ลดลงจากด้านการฉีดอิเล็กตรอนของเส้นลวดนาโนไปยังด้านการฉีดรู เนื่องจากความแตกต่างในสนามโพลาไรเซชันภายในของ GaN และ AlN การไล่ระดับปริมาตรของปริมาณ Al ในชั้น AlGaN ดังกล่าวจะเหนี่ยวนำอิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งไหลเข้าสู่แกน MQW ได้ง่ายและบรรเทาความไม่เสถียรของสีโดยการลดสนามโพลาไรเซชัน

ในความเป็นจริง นักวิจัยพบว่าสำหรับอุปกรณ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1 ไมครอน ความยาวคลื่นสูงสุดของการเรืองแสงไฟฟ้าหรือการแผ่แสงที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าจะคงที่ในระดับความเปลี่ยนแปลงของการฉีดกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้ ทีมของศาสตราจารย์ Mi ยังได้พัฒนาวิธีการปลูกเคลือบ GaN คุณภาพสูงบนซิลิกอนเพื่อปลูก LED แบบนาโนไวร์บนซิลิกอนมาก่อน ดังนั้น µled จึงวางอยู่บนพื้นผิวซิลิกอนที่พร้อมสำหรับการบูรณาการกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ CMOS อื่นๆ

µled นี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย แพลตฟอร์มอุปกรณ์จะแข็งแกร่งยิ่งขึ้นเมื่อความยาวคลื่นการปล่อยของจอแสดงผล RGB ในตัวบนชิปขยายเป็นสีแดง