Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Ξιαμέν απέδειξε πειραματικά ότι η χρήση μιας εξαγωνικής δομής οροπέδιο μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση των μικροπράσινων διόδων εκπομπής φωτός (LED) από νιτρίδιο του ινδίου-γαλλίου (InGaN). Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο *Οπτική Εξπρές*, Τόμος 33, Σελίδα 42747, 2025, περιγράφει λεπτομερώς πώς η βελτιστοποίηση της γεωμετρίας του μικροLED οροπέδιο μπορεί να λύσει τα τρέχοντα προβλήματα ομοιομορφίας και να βελτιώσει τη φωτοηλεκτρονική απόδοση - κρίσιμη για τις τεχνολογίες οθόνης και επικοινωνίας επόμενης γενιάς. Το ηηηηηηηη αναφέρεται στην υπερυψωμένη περιοχή στο μικροLED που σχηματίζει την επιφάνεια εκπομπής φωτός (ΛΕΣ), το βασικό συστατικό για την εκπομπή φωτός.
1. Σχεδιασμός Έρευνας: Σύγκριση Τριών Δομών Οροπέδιο και τα Πλεονεκτήματα των Εξαγωνικών Δομών
Αυτή η μελέτη συνέκρινε τρεις δομές οροπέδιο: κυκλική, τετράγωνη και εξαγωνική. Όλες οι δομές κατασκευάστηκαν από πολυστρωματικά υλικά νιτριδίου ινδίου-γαλλίου/νιτριδίου γαλλίου (InGaN/GaN) που αναπτύχθηκαν σε υποστρώματα ζαφειριού με σχέδια χρησιμοποιώντας εναπόθεση ατμών μεταλλο-οργανικής χημικής εναπόθεσης (MOCVD).
Το εξαγωνικό οροπέδιο, με τις έξι ομοιόμορφα κατανεμημένες κορυφές του, επιτυγχάνει τρεις βασικές βελτιστοποιήσεις:
* Μειώνει τη μέγιστη απόσταση μεταξύ του κεντρικού ηλεκτροδίου p και της ακμής οροπέδιο, βελτιώνοντας την ομοιομορφία της διάχυσης ρεύματος εντός της ενεργής περιοχής.
* Μειώνει το πρόβλημα συσσώρευσης ρεύματος στις γωνίες που συναντάται συνήθως σε τετραγωνικές μεζούρες, μειώνοντας τις περιοχές χαμηλής πυκνότητας ρεύματος που οδηγούν σε υποβάθμιση της απόδοσης.
* Διαθέτει ισορροπημένη αναλογία περιμέτρου προς επιφάνεια ηλεκτροδίου (P/A), βελτιστοποιώντας την απόδοση έγχυσης φορέα ενώ παράλληλα καταστέλλει τον παρασιτικό ανασυνδυασμό.
2. Αξία Εφαρμογής: Βασικά Σενάρια και Τεχνολογική Σημασία των Μικροσκοπικών Πράσινων LED
Τα μικροσκοπικά πράσινα LED που λειτουργούν εντός του εύρους μέγιστης ευαισθησίας του ανθρώπινου ματιού είναι βασικές συσκευές σε τομείς όπως οι έγχρωμες οθόνες υψηλής πιστότητας, τα συστήματα επαυξημένης/εικονικής πραγματικότητας (AR/Εικονική πραγματικότητα), η φωτοθεραπεία και η επικοινωνία με ορατό φως.
Η βασική αξία αυτής της έρευνας έγκειται στην απόδειξη ότι η βελτιστοποίηση της γεωμετρίας των δομών σε μικροκλίμακα μπορεί να επιτύχει ποσοτικοποιήσιμες βελτιώσεις στην απόδοση χωρίς να μεταβάλλει τη σύνθεση του υλικού. Το εξαγωνικό οροπέδιο, με την ανώτερη ικανότητα διασποράς ρεύματος, τη χαμηλότερη μη ακτινοβολούμενη απώλεια και την υψηλότερη εξωτερική κβαντική απόδοση (EQE), έχει γίνει μια πολλά υποσχόμενη δομική λύση για LED μικρο-οθόνης και επικοινωνίας υψηλής απόδοσης, ευθυγραμμιζόμενο απόλυτα με την τάση της βιομηχανίας προς μικροσκοπικές, υψηλής φωτεινότητας και μεγάλης διάρκειας ζωής φωτονικές συσκευές.
3. Πειραματικά Δεδομένα: Ποσοτικοποίηση των Πλεονεκτημάτων Απόδοσης Εξαγωνικών Δομών
Στις δοκιμές ηλεκτρικής απόδοσης, η τάση ενεργοποίησης των τριών δομικών συσκευών παρέμεινε σταθερή περίπου στα 3,3V, αλλά παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές σε υψηλές τάσεις πόλωσης:
Σε τάση πόλωσης 10V, η πυκνότητα ρεύματος του εξαγωνικού LED έφτασε τα 285,8A/εκ.², ξεπερνώντας κατά πολύ εκείνη του τετραγωνικού (199,9A/εκ.²) και του κυκλικού (164,7A/εκ.²) οροπέδιο. Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι το βελτιστοποιημένο φαινόμενο διασποράς ρεύματος βελτιώνει άμεσα την απόδοση έγχυσης φορέα.
Καθώς το ρεύμα αυξάνεται, το μήκος κύματος εκπομπής του εξαγωνικού LED παρουσιάζει μια σημαντική μετατόπιση προς το μπλε κατά 2,9 ναυτικά μίλια, πράγμα που σημαίνει ότι η πιο ομοιόμορφη κατανομή φορέων μειώνει το φαινόμενο κβαντικού περιορισμού.
Στις δοκιμές οπτικής απόδοσης, τα πλεονεκτήματα της εξαγωνικής δομής έγιναν ακόμη πιο εμφανή:
Σε πυκνότητα ρεύματος έγχυσης 200 A/εκ.², η πυκνότητα ισχύος εξόδου του εξαγωνικού μικρο-LED έφτασε τα 4,94 W/εκ.², ξεπερνώντας εκείνη των κυκλικών (3,86 W/εκ.²) και τετράγωνων (3,14 W/εκ.²) δομών.
Η εξωτερική κβαντική του απόδοση (EQE) έφτασε στο 19,9% σε πυκνότητα ρεύματος 10,41 A/εκ.², ανώτερη από αυτή των κυκλικών (16,9%) και τετράγωνων (17,6%) συσκευών.
Ως βασικός δείκτης υποβάθμισης της απόδοσης με το ρεύμα, ο ρυθμός απόσβεσης EQE της εξαγωνικής δομής ήταν μόνο 48,2%, χαμηλότερος από αυτόν των κυκλικών (52,4%) και τετράγωνων (56,1%) δομών, αποδεικνύοντας την ανώτερη απόδοσή της στην θερμική ισορροπία και την ισορροπία ανασυνδυασμού ηλεκτρονίων-οπών.
