Xiamen Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, altıgen bir mesa yapısı kullanmanın indiyum galyum nitrür (InGaN) mikro yeşil ışık yayan diyotların (LED'ler) performansını önemli ölçüde artırabileceğini deneysel olarak göstermiştir. *Optics Express*, Cilt 33, Sayfa 42747, 2025'te yayınlanan araştırma, mikro LED mesa geometrisinin optimize edilmesinin mevcut düzgünlük sorunlarını nasıl çözebileceğini ve yeni nesil ekran ve iletişim teknolojileri için hayati önem taşıyan fotoelektronik verimliliği nasıl artırabileceğini ayrıntılarıyla açıklamaktadır. "mesa", mikro LED üzerinde ışık yayılımının temel bileşeni olan ışık yayan yüzeyi (LES) oluşturan yükseltilmiş alanı ifade eder.
1. Araştırma Tasarımı: Üç Mesa Yapısının Karşılaştırılması ve Altıgen Yapıların Avantajları
Bu çalışmada, dairesel, kare ve altıgen olmak üzere üç mesa yapısı karşılaştırılmıştır. Tüm yapılar, metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) yöntemi kullanılarak desenli safir alt tabakalar üzerine büyütülen indiyum galyum nitrür/galyum nitrür (InGaN/GaN) çok katmanlı malzemelerden üretilmiştir.
Altı eşit dağılmış köşesi olan altıgen mesa üç önemli optimizasyona ulaşıyor:
* Merkezi p-elektrot ile mesa kenarı arasındaki maksimum mesafeyi kısaltarak aktif bölge içindeki akım yayılımının düzgünlüğünü artırır;
* Kare mesalarda sıklıkla görülen köşe akımı birikme sorununu hafifletir, performans düşüşüne yol açan düşük akım yoğunluklu bölgeleri azaltır;
* Parazitik rekombinasyonu baskılarken taşıyıcı enjeksiyon verimliliğini optimize eden dengeli bir çevre-elektrot alanı (P/A) oranına sahiptir.
2. Uygulama Değeri: Minyatür Yeşil LED'lerin Temel Senaryoları ve Teknolojik Önemi
İnsan gözünün en yüksek hassasiyet aralığında çalışan minyatür yeşil LED'ler, yüksek kaliteli renkli ekranlar, artırılmış gerçeklik/sanal gerçeklik (AR/VR) sistemleri, fototerapi ve görünür ışık iletişimi gibi alanlarda önemli cihazlardır.
Bu araştırmanın temel değeri, mikro ölçekli yapısal geometri optimizasyonunun, malzeme bileşimini değiştirmeden ölçülebilir performans iyileştirmeleri sağlayabileceğini göstermesidir. Üstün akım yayma kabiliyeti, daha düşük radyasyon dışı kayıp ve daha yüksek harici kuantum verimliliği (EQE) ile altıgen mesa, yüksek verimli mikro ekran ve iletişim LED'leri için oldukça umut verici bir yapısal çözüm haline gelmiş ve sektörün minyatür, yüksek parlaklıklı ve uzun ömürlü fotonik cihazlara yönelik eğilimiyle mükemmel bir uyum sağlamıştır.
3. Deneysel Veriler: Altıgen Yapıların Performans Avantajlarının Miktarlandırılması
Elektriksel performans testlerinde, üç yapısal cihazın açma gerilimi yaklaşık 3,3 V seviyesinde sabit kalırken, yüksek önyargı gerilimlerinde önemli farklılıklar gözlemlendi:
10V'luk bir önyargı voltajında, altıgen LED'in akım yoğunluğu 285,8A/cm²'ye ulaştı ve kare (199,9A/cm²) ve dairesel (164,7A/cm²) mesa'nın akım yoğunluğunu çok aştı; bu veriler, optimize edilmiş akım yayılma etkisinin taşıyıcı enjeksiyon verimliliğini doğrudan iyileştirdiğini göstermektedir.
Akım arttıkça, altıgen LED'in emisyon dalga boyu 2,9 nm'lik önemli bir mavi kayması sergiliyor; bu da daha düzgün taşıyıcı dağılımının kuantum sınırlama etkisini azalttığı anlamına geliyor.
Optik performans testlerinde altıgen yapının avantajları daha da belirginleşti:
200 A/cm² enjeksiyon akım yoğunluğunda, altıgen mikro LED'in çıkış güç yoğunluğu 4,94 W/cm²'ye ulaşarak dairesel (3,86 W/cm²) ve kare (3,14 W/cm²) yapıların çıkış güç yoğunluğunu aştı;
Dış kuantum verimliliği (EQE), 10,41 A/cm² akım yoğunluğunda %19,9'a ulaşarak dairesel (%16,9) ve kare (%17,6) cihazlardan üstündür;
Akımla birlikte verim düşüşünün önemli bir göstergesi olarak, altıgen yapının EQE bozunma oranı yalnızca %48,2'dir; bu değer dairesel (%52,4) ve kare (%56,1) yapılarınkinden daha düşüktür ve termal denge ve elektron-delik rekombinasyon dengesinde üstün performansını göstermektedir.
