पारंपरिक एलईडी ने अपनी उत्कृष्ट दक्षता के कारण प्रकाश और डिस्प्ले के क्षेत्र में क्रांति ला दी है।

पारंपरिक एलईडी ने दक्षता, स्थिरता और उपकरण के आकार के मामले में अपने उत्कृष्ट प्रदर्शन के कारण प्रकाश और डिस्प्ले के क्षेत्र में क्रांति ला दी है। एलईडी आमतौर पर मिलीमीटर के पार्श्व आयामों वाली पतली अर्धचालक फिल्मों की परतें होती हैं, जो तापदीप्त बल्ब और कैथोड ट्यूब जैसे पारंपरिक उपकरणों की तुलना में बहुत छोटी होती हैं। हालांकि, आभासी और संवर्धित वास्तविकता जैसे उभरते ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए माइक्रोन या उससे भी छोटे आकार की एलईडी की आवश्यकता होती है। उम्मीद है कि माइक्रो या सबमाइक्रोन स्केल एलईडी (µleds) में पारंपरिक एलईडी के कई उत्कृष्ट गुण मौजूद रहेंगे, जैसे कि अत्यधिक स्थिर उत्सर्जन, उच्च दक्षता और चमक, अति-निम्न विद्युत खपत और पूर्ण-रंग उत्सर्जन, जबकि इनका क्षेत्रफल लगभग दस लाख गुना छोटा होगा, जिससे अधिक कॉम्पैक्ट डिस्प्ले संभव हो सकेंगे। यदि ऐसी एलईडी चिप्स को Si पर एकल-चिप के रूप में विकसित किया जा सके और पूरक धातु ऑक्साइड अर्धचालक (CMOS) इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एकीकृत किया जा सके, तो वे अधिक शक्तिशाली फोटोनिक सर्किट के लिए भी मार्ग प्रशस्त कर सकती हैं।

हालांकि, अब तक, ऐसे माइक्रो-लेड (माइक्रो-लेड) बनाना मुश्किल रहा है, खासकर हरे से लाल उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य रेंज में। पारंपरिक माइक्रो-लेड तकनीक एक टॉप-डाउन प्रक्रिया है जिसमें InGaN क्वांटम वेल (QW) फिल्मों को नक़्क़ाशी प्रक्रिया के माध्यम से सूक्ष्म-स्तरीय उपकरणों में उकेरा जाता है। InGaN की कई उत्कृष्ट विशेषताओं, जैसे कुशल वाहक परिवहन और दृश्य सीमा में तरंगदैर्ध्य ट्यूनेबिलिटी, के कारण पतली-फिल्म InGaN QW-आधारित TiO2 माइक्रो-लेड ने काफी ध्यान आकर्षित किया है, लेकिन अब तक इनमें साइड-वॉल संक्षारण क्षति जैसी समस्याएं बनी हुई हैं जो उपकरण के आकार के सिकुड़ने के साथ बढ़ती जाती हैं। इसके अलावा, ध्रुवीकरण क्षेत्रों की उपस्थिति के कारण, इनमें तरंगदैर्ध्य/रंग अस्थिरता होती है। इस समस्या के लिए, गैर-ध्रुवीय और अर्ध-ध्रुवीय InGaN और फोटोनिक क्रिस्टल कैविटी समाधान प्रस्तावित किए गए हैं, लेकिन वर्तमान में वे संतोषजनक नहीं हैं।

लाइट साइंस एंड एप्लीकेशंस में प्रकाशित एक नए शोध पत्र में, मिशिगन विश्वविद्यालय, एनाबेल के प्रोफेसर ज़ेटियन मी के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने एक सबमाइक्रोन स्केल ग्रीन एलईडी iii – नाइट्राइड विकसित किया है जो इन सभी बाधाओं को हमेशा के लिए दूर करता है। इन माइक्रोन एलईडी को चयनात्मक क्षेत्रीय प्लाज्मा-सहायता प्राप्त आणविक बीम एपिटैक्सी द्वारा संश्लेषित किया गया था। पारंपरिक टॉप-डाउन दृष्टिकोण के बिल्कुल विपरीत, यहां माइक्रोन एलईडी में नैनोवायरों की एक श्रृंखला होती है, जिनमें से प्रत्येक का व्यास केवल 100 से 200 एनएम होता है, और ये नैनोमीटर की दूरी पर स्थित होते हैं। यह बॉटम-अप दृष्टिकोण मूल रूप से पार्श्व दीवार संक्षारण क्षति से बचाता है।

डिवाइस का प्रकाश उत्सर्जक भाग, जिसे सक्रिय क्षेत्र भी कहा जाता है, नैनोवायर आकृति वाली कोर-शेल मल्टीपल क्वांटम वेल (MQW) संरचनाओं से बना है। विशेष रूप से, MQW में InGaN वेल और AlGaN बैरियर शामिल हैं। पार्श्व दीवारों पर समूह III तत्वों इंडियम, गैलियम और एल्यूमीनियम के अधिशोषित परमाणु प्रवास में अंतर के कारण, हमने पाया कि नैनोवायरों की पार्श्व दीवारों पर इंडियम अनुपस्थित था, जहाँ GaN/AlGaN शेल ने MQW कोर को बुरिटो की तरह लपेटा हुआ था। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस GaN/AlGaN शेल में Al की मात्रा नैनोवायरों के इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन पक्ष से होल इंजेक्शन पक्ष की ओर धीरे-धीरे कम होती जाती है। GaN और AlN के आंतरिक ध्रुवीकरण क्षेत्रों में अंतर के कारण, AlGaN परत में Al की मात्रा का यह आयतन प्रवणता मुक्त इलेक्ट्रॉनों को प्रेरित करता है, जो आसानी से MQW कोर में प्रवाहित हो जाते हैं और ध्रुवीकरण क्षेत्र को कम करके रंग अस्थिरता को कम करते हैं।

दरअसल, शोधकर्ताओं ने पाया है कि एक माइक्रोन से कम व्यास वाले उपकरणों के लिए, विद्युत-प्रकाशन की चरम तरंगदैर्ध्य, या धारा-प्रेरित प्रकाश उत्सर्जन, धारा इंजेक्शन में परिवर्तन के परिमाण के क्रम में स्थिर रहती है। इसके अलावा, प्रोफेसर मी की टीम ने पहले सिलिकॉन पर उच्च-गुणवत्ता वाली GaN कोटिंग विकसित करने की एक विधि विकसित की है, जिसका उपयोग सिलिकॉन पर नैनोवायर एलईडी बनाने के लिए किया जाता है। इस प्रकार, एक माइक्रोन एलईडी सिलिकॉन सब्सट्रेट पर स्थित होती है और अन्य CMOS इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एकीकरण के लिए तैयार होती है।

इस माइक्रोएलईडी के कई संभावित अनुप्रयोग हैं। चिप पर एकीकृत आरजीबी डिस्प्ले की उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य के लाल रंग तक विस्तारित होने से डिवाइस प्लेटफॉर्म अधिक मजबूत हो जाएगा।