Et forskerhold fra Xiamen Universitet har eksperimentelt vist, at brugen af en hexagonal mesa-struktur kan forbedre ydeevnen af indium-galliumnitrid (InGaN) mikrogrønne lysdioder (LED'er) betydeligt. Forskningen, der er offentliggjort i *Optics Express*, bind 33, side 42747, 2025, beskriver i detaljer, hvordan optimering af geometrien af microLED-mesaen kan løse nuværende ensartethedsproblemer og forbedre fotoelektronisk effektivitet – afgørende for næste generations display- og kommunikationsteknologier. "mesa" refererer til det hævede område på microLED'en, der danner den lysudstrålende overflade (LES), kernekomponenten for lysudsendelse.
1. Forskningsdesign: Sammenligning af tre mesastrukturer og fordelene ved sekskantede strukturer
Denne undersøgelse sammenlignede tre mesa-strukturer: cirkulære, firkantede og hexagonale. Alle strukturer blev fremstillet af indium-galliumnitrid/galliumnitrid (InGaN/GaN) flerlagsmaterialer dyrket på mønstrede safirsubstrater ved hjælp af metalorganisk kemisk dampaflejring (MOCVD).
Den sekskantede mesa, med sine seks jævnt fordelte hjørner, opnår tre nøgleoptimeringer:
* Den forkorter den maksimale afstand mellem den centrale p-elektrode og mesa-kanten, hvilket forbedrer ensartetheden af strømdiffusionen i det aktive område;
* Det afhjælper problemet med akkumulering af hjørnestrøm, der almindeligvis findes i firkantede mesaer, og reducerer områder med lav strømtæthed, der fører til forringelse af ydeevnen;
* Den har et afbalanceret forhold mellem perimeter og elektrodeareal (P/A), hvilket optimerer effektiviteten af bærerinjektionen, samtidig med at den undertrykker parasitisk rekombination.
2. Anvendelsesværdi: Kernescenarier og teknologisk betydning af miniature grønne LED'er
Miniature grønne LED'er, der opererer inden for det menneskelige øjes maksimale følsomhedsområde, er nøgleenheder inden for områder som high-fi-farvedisplays, augmented reality/virtual reality (AR/VR)-systemer, fototerapi og kommunikation med synligt lys.
Kerneværdien af denne forskning ligger i at demonstrere, at optimering af strukturel geometri på mikroskala kan opnå kvantificerbare forbedringer af ydeevnen uden at ændre materialesammensætningen. Sekskantet mesa, med sin overlegne strømspredningsevne, lavere ikke-strålingstab og højere eksterne kvanteeffektivitet (EQE), er blevet en yderst lovende strukturel løsning til højeffektive mikrodisplay- og kommunikations-LED'er, der passer perfekt til branchens tendens mod miniaturiserede fotoniske enheder med høj lysstyrke og lang levetid.
3. Eksperimentelle data: Kvantificering af ydeevnefordelene ved sekskantede strukturer
I test af den elektriske ydeevne forblev tændspændingen for de tre strukturelle enheder konstant på omkring 3,3 V, men der blev observeret betydelige forskelle ved høje bias-spændinger:
Ved en biasspænding på 10V nåede strømtætheden for den sekskantede LED 285,8 A/cm², hvilket langt oversteg strømtætheden for den firkantede (199,9 A/cm²) og cirkulære (164,7 A/cm²) mesa; disse data indikerer, at den optimerede strømspredningseffekt direkte forbedrer bærerindsprøjtningseffektiviteten.
Efterhånden som strømmen stiger, udviser emissionsbølgelængden for den sekskantede LED et signifikant blåt skift på 2,9 nm, hvilket betyder, at den mere ensartede bærerfordeling reducerer kvanteindeslutningseffekten.
I optisk ydeevnetestning blev fordelene ved den sekskantede struktur endnu mere tydelige:
Ved en injektionsstrømtæthed på 200 A/cm² nåede udgangseffekttætheden for den sekskantede mikro-LED 4,94 W/cm², hvilket oversteg den for cirkulære (3,86 W/cm²) og firkantede (3,14 W/cm²) strukturer;
Dens eksterne kvanteeffektivitet (EQE) toppede på 19,9% ved en strømtæthed på 10,41 A/cm², hvilket er bedre end for cirkulære (16,9%) og firkantede (17,6%) enheder;
Som en nøgleindikator for effektivitetsforringelse med strøm var EQE-henfaldshastigheden for den hexagonale struktur kun 48,2%, lavere end for cirkulære (52,4%) og firkantede (56,1%) strukturer, hvilket demonstrerer dens overlegne ydeevne inden for termisk balance og elektron-hul-rekombinationsbalance.
