O echipă de cercetare de la Universitatea Xiamen a demonstrat experimental că utilizarea unei structuri hexagonale mesa poate îmbunătăți semnificativ performanța diodelor emițătoare de lumină (LED-uri) microverzi din nitrură de indiu-galiu (InGaN). Cercetarea, publicată în *Optics Express*, volumul 33, pagina 42747, 2025, detaliază modul în care optimizarea geometriei mesei microLED poate rezolva problemele actuale de uniformitate și poate îmbunătăți eficiența fotoelectronică – crucială pentru tehnologiile de afișare și comunicații de generație următoare. „"mesa"” se referă la zona ridicată de pe microLED care formează suprafața emițătoare de lumină (LES), componenta principală pentru emisia luminii.
1. Designul cercetării: Compararea a trei structuri Mesa și avantajele structurilor hexagonale
Acest studiu a comparat trei structuri mesa: circulară, pătrată și hexagonală. Toate structurile au fost fabricate din materiale multistrat de nitrură de indiu-galiu/nitrură de galiu (InGaN/GaN) crescute pe substraturi de safir modelate folosind depunere chimică de vapori metalo-organică (MOCVD).
Mesa hexagonală, cu cele șase vârfuri ale sale distribuite uniform, realizează trei optimizări cheie:
Scurtează distanța maximă dintre electrodul p central și marginea mesa, îmbunătățind uniformitatea difuziei curentului în regiunea activă;
Ameliorează problema acumulării curentului de colț întâlnită frecvent în mesas-urile pătrate, reducând regiunile cu densitate scăzută de curent care duc la degradarea performanței;
* Posedă un raport echilibrat perimetru-aria electrodului (P/A), optimizând eficiența injectării purtătorilor de sarcină și suprimând în același timp recombinarea parazitară.
2. Valoarea aplicației: Scenarii de bază și semnificația tehnologică a LED-urilor verzi miniaturale
LED-urile verzi miniaturale care funcționează în intervalul de sensibilitate maximă al ochiului uman sunt dispozitive cheie în domenii precum afișajele color de înaltă fidelitate, sistemele de realitate augmentată/realitate virtuală (AR/VR), fototerapia și comunicarea prin lumină vizibilă.
Valoarea fundamentală a acestei cercetări constă în demonstrarea faptului că optimizarea geometriei structurale la microscară poate obține îmbunătățiri cuantificabile ale performanței fără a altera compoziția materialului. Mesa hexagonală, cu capacitatea sa superioară de răspândire a curentului, pierderile neradiative mai mici și eficiența cuantică externă (EQE) mai mare, a devenit o soluție structurală extrem de promițătoare pentru micro-afișaje de înaltă eficiență și LED-uri de comunicații, aliniindu-se perfect cu tendința industriei către dispozitive fotonice miniaturizate, cu luminozitate ridicată și durată lungă de viață.
3. Date experimentale: Cuantificarea avantajelor de performanță ale structurilor hexagonale
În testele de performanță electrică, tensiunea de activare a celor trei dispozitive structurale a rămas constantă la aproximativ 3,3 V, dar s-au observat diferențe semnificative la tensiuni de polarizare mari:
La o tensiune de polarizare de 10V, densitatea de curent a LED-ului hexagonal a atins 285,8A/cm², depășind cu mult densitatea de curent a LED-ului hexagonal, atât cea pătrată (199,9A/cm²), cât și cea circulară (164,7A/cm²); aceste date indică faptul că efectul optimizat de dispersie a curentului îmbunătățește direct eficiența injecției purtătorilor de sarcină.
Pe măsură ce curentul crește, lungimea de undă de emisie a LED-ului hexagonal prezintă o deplasare semnificativă spre albastru de 2,9 nm, ceea ce înseamnă că distribuția mai uniformă a purtătorilor de lumină reduce efectul de confinare cuantică.
În testele de performanță optică, avantajele structurii hexagonale au devenit și mai evidente:
La o densitate a curentului de injecție de 200 A/cm², densitatea puterii de ieșire a micro-LED-ului hexagonal a atins 4,94 W/cm², depășind-o pe cea a structurilor circulare (3,86 W/cm²) și pătrate (3,14 W/cm²);
Eficiența sa cuantică externă (EQE) a atins un vârf de 19,9% la o densitate de curent de 10,41 A/cm², superioară celei a dispozitivelor circulare (16,9%) și pătrate (17,6%);
Ca indicator cheie al degradării eficienței în funcție de curent, rata de descreștere EQE a structurii hexagonale a fost de doar 48,2%, mai mică decât cea a structurilor circulare (52,4%) și pătrate (56,1%), demonstrând performanța sa superioară în ceea ce privește echilibrul termic și echilibrul de recombinare electron-gaură.
