A Xiamen Egyetem kutatócsoportja kísérletileg bebizonyította, hogy egy hatszögletű mesa szerkezet használata jelentősen javíthatja az indium-gallium-nitrid (InGaN) mikrozöld fénykibocsátó diódák (LED-ek) teljesítményét. Az *Optics Express* 33. kötetének 42747. oldalán, 2025-ben megjelent kutatás részletezi, hogyan oldhatja meg a microLED mesa geometriájának optimalizálása a jelenlegi egyenletességi problémákat és javíthatja a fotoelektronikai hatékonyságot – ami kulcsfontosságú a következő generációs kijelző- és kommunikációs technológiák számára. A "mesa" a microLED-en található kiemelkedő területre utal, amely a fénykibocsátó felületet (LES) alkotja, amely a fénykibocsátás központi eleme.
1. Kutatási terv: Három mesa-szerkezet összehasonlítása és a hatszögletű szerkezetek előnyei
Ez a tanulmány három mesa-szerkezetet hasonlított össze: kör alakú, négyzet alakú és hatszögletű. Minden szerkezetet indium-gallium-nitrid/gallium-nitrid (InGaN/GaN) többrétegű anyagokból állítottunk elő, amelyeket mintázott zafír hordozókra növesztettünk fémorganikus kémiai gőzfázisú leválasztással (MOCVD).
A hatszögletű mesa, hat egyenletesen elosztott csúccsal, három kulcsfontosságú optimalizációt ér el:
* Lerövidíti a központi p-elektróda és a mesa éle közötti maximális távolságot, javítva az áramdiffúzió egyenletességét az aktív tartományon belül;
* Enyhíti a négyzet alakú mesákban gyakran előforduló sarokáram-felhalmozódási problémát, csökkentve az alacsony áramsűrűségű régiókat, amelyek teljesítményromláshoz vezetnek;
* Kiegyensúlyozott kerület-elektróda terület (P/A) aránnyal rendelkezik, optimalizálja a töltéshordozó-befecskendezés hatékonyságát, miközben elnyomja a parazita rekombinációt.
2. Alkalmazási érték: A miniatűr zöld LED-ek főbb forgatókönyvei és technológiai jelentősége
Az emberi szem csúcsérzékenységi tartományán belül működő miniatűr zöld LED-ek kulcsfontosságú eszközök olyan területeken, mint a nagy felbontású színes kijelzők, a kiterjesztett valóság/virtuális valóság (AR/VR) rendszerek, a fototerápia és a látható fénykommunikáció.
A kutatás alapvető értéke annak bemutatása, hogy a mikroszkopikus szerkezeti geometria optimalizálása számszerűsíthető teljesítményjavulást eredményezhet az anyagösszetétel megváltoztatása nélkül. A hatszögletű mesa, kiváló árameloszlási képességével, alacsonyabb nem sugárzási veszteségével és magasabb külső kvantumhatásfokával (EQE), rendkívül ígéretes szerkezeti megoldássá vált a nagy hatékonyságú mikrokijelzők és kommunikációs LED-ek számára, tökéletesen illeszkedve az iparág miniatürizált, nagy fényerejű és hosszú élettartamú fotonikus eszközök iránti trendjéhez.
3. Kísérleti adatok: A hatszögletű szerkezetek teljesítménybeli előnyeinek számszerűsítése
Az elektromos teljesítménytesztelés során a három szerkezeti eszköz bekapcsolási feszültsége állandó maradt 3,3 V körül, de jelentős különbségeket figyeltek meg nagy előfeszültségeknél:
10 V-os előfeszültség mellett a hatszögletű LED áramsűrűsége elérte a 285,8 A/cm² értéket, ami messze meghaladja a négyzetes (199,9 A/cm²) és a kör alakú (164,7 A/cm²) mesa értékét; ezek az adatok azt jelzik, hogy az optimalizált árameloszlás közvetlenül javítja a töltéshordozó-befecskendezés hatékonyságát.
Az áram növekedésével a hatszögletű LED emissziós hullámhossza jelentős, 2,9 nm-es kékeltolódást mutat, ami azt jelenti, hogy az egyenletesebb töltéshordozó-eloszlás csökkenti a kvantumbeszorítási hatást.
Az optikai teljesítménytesztelés során a hatszögletű szerkezet előnyei még nyilvánvalóbbá váltak:
200 A/cm² befecskendezési áramsűrűség mellett a hatszögletű mikro-LED kimeneti teljesítménysűrűsége elérte a 4,94 W/cm² értéket, meghaladva a kör (3,86 W/cm²) és négyzet (3,14 W/cm²) alakú szerkezetek teljesítménysűrűségét;
Külső kvantumhatásfoka (EQE) 19,9%-on tetőzött 10,41 A/cm² áramsűrűségnél, ami meghaladja a kör alakú (16,9%) és négyzet alakú (17,6%) eszközökét;
Az áramerősséggel való hatásfokromlás egyik kulcsfontosságú mutatójaként a hatszögletű szerkezet EQE-bomlási sebessége mindössze 48,2% volt, ami alacsonyabb, mint a kör alakú (52,4%) és a négyzetes (56,1%) szerkezeteké, ami a hőegyensúly és az elektron-lyuk rekombinációs egyensúly terén mutatott kiváló teljesítményét mutatja.
