Nano-LED'er udsender fuldt synligt lysspektrum

(PhysOrg.com) -- Fysikere fra Taiwan har designet og fremstillet lysemitterende dioder i nanostørrelse (LED'er), der udsender lys, der spænder over hele det synlige spektrum. Selvom de små fuldfarvede LED'er ikke er beregnet til kommercielle belysningsapplikationer, de bør være nyttige i højopløsningsmikroskopi og subbølgelængdefotolitografi.

Forskerne, Yu-Jung Lu, et al., fra National Tsing-Hua University i Hsinchu, Taiwan, har offentliggjort deres undersøgelse om nano-LED'erne i et nyligt nummer af Anvendt fysik bogstaver .

De nye nano-LED'er har en unik struktur, der består af 40 nm tykke nanodiske klemt mellem to lag af nanorods, resulterer i en nanodisk-i-nanorod geometri. Nanodiskene er lavet af indium galliumnitrid (InGaN), et halvledende materiale, der er meget udbredt i LED'er og solceller, mens nanoroderne er lavet af galliumnitrid (GaN). Imidlertid, InGaN LED'er, der er i stand til at udsende lys af hele det synlige spektrum, er ikke blevet opnået indtil nu.

"InGaN/GaN nanodisk/nanorod-strukturen ligner en velkendt kvantebrøndstruktur, men i en reduceret dimensionalitet (reduktion i laterale størrelser), ” medforfatter Shangjr Gwo, en fysikprofessor ved National Tsing-Hua University, fortalte PhysOrg.com . "InGaN-nanodiskene, der er klemt mellem p- og n-GaN-regionerne, fungerer som udsendere af synligt lys i fuld farve, når elektroner og huller injiceres hen over p-n-krydset ved en fremadgående biasspænding. Det elektroluminescerende lys kommer fra elektron-hul-rekombinationen i InGaN nanodiskene."

Som forskerne forklarede, nøglen til at opnå fuldfarve LED'er var at overvinde store gitterbelastninger, som nedbryder langbølgelængde-emissioner. InGaN/GaN nanorod-systemet løser dette problem på grund af belastningsafslapningen i den nanostrukturerede geometri.

Forskerne håber, at disse fuldfarvede nano-LED'er kan bruges i højopløselige billedbehandlingsteknikker, der kan løse ultrasmå subbølgelængdetræk ved objekter. At gøre dette, disse teknikker skal overvinde diffraktionsgrænsen, som er en grundlæggende grænse for billedopløsning forårsaget af spredning - eller "diffraktion" - af bølger. Billedbehandlingsteknikker kan omgå denne grænse ved at bruge flygtige bølger, som afslører information om objekters subbølgelængdefunktioner, men også henfalde eksponentielt væk fra objektet. På grund af den korte rækkevidde af de flygtige bølger, billeddannelsesteknikker, der detekterer dem, er baseret på nærfeltsoptik.

En af disse teknikker er scanning af nærfelts optisk mikroskopi (SNOM), som bruger en lille sonde til at generere og hente flygtige bølger. En af de største udfordringer i SNOM er at få en lyskilde, der er lille og alsidig nok til at arbejde på denne sonde, og det er her, de nye nano-LED'er kommer ind. Mens tidligere forskning har vist fordelene ved at bruge nano-LED'er på sonderne, det er første gang, at en nano-LED med en fuldfarve-serie har været tilgængelig.

"Til mikroskopi, vi kan bruge nano-LED'en som en lokaliseret excitationslyskilde ved en valgt bølgelængde til selektivt at excitere specifikke fluorescerende molekyler, " sagde Lu.

I deres undersøgelse, forskerne demonstrerede eksperimentelt at bruge nanodisk-i-nanorod LED'er til subbølgelængde fotolitografi, hvor lys bruges til at skabe et mønster på et lysfølsomt materiale. De forudser, at ved at fremstille nano-LED'erne på SNOM-sondespidserne, de kunne opnå bedre rumlig kontrol til fremtidig subbølgelængdefotolitografi.

"For anvendelser af fotolitografi, friheden til at bruge nano-LED'er ved enhver bølgelængde udvider valget af fotoresist og giver mulighed for kontrol af deres fotorespons, " sagde Lu.

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.