Uma equipe de pesquisa da Universidade de Xiamen demonstrou experimentalmente que o uso de uma estrutura de mesa hexagonal pode melhorar significativamente o desempenho de microdiodos emissores de luz (LEDs) de nitreto de índio e gálio (InGaN). A pesquisa, publicada na *Optics Express*, Volume 33, Página 42747, 2025, detalha como a otimização da geometria da mesa do microLED pode resolver problemas de uniformidade de corrente e melhorar a eficiência fotoeletrônica — crucial para as tecnologias de comunicação e displays de próxima geração. A sigla "mesa" refere-se à área elevada no microLED que forma a superfície emissora de luz (LES), o componente principal para a emissão de luz.
1. Projeto de pesquisa: Comparação de três estruturas mesa e as vantagens das estruturas hexagonais
Este estudo comparou três estruturas de mesa: circular, quadrada e hexagonal. Todas as estruturas foram fabricadas a partir de materiais multicamadas de nitreto de índio e gálio/nitreto de gálio (InGaN/GaN) crescidos em substratos de safira padronizados usando deposição química de vapor metalorgânica (MOCVD).
A mesa hexagonal, com seus seis vértices distribuídos uniformemente, alcança três otimizações principais:
* Reduz a distância máxima entre o eletrodo p central e a borda da mesa, melhorando a uniformidade da difusão de corrente dentro da região ativa;
* Isso atenua o problema de acúmulo de corrente nos cantos, comum em mesas quadradas, reduzindo as regiões de baixa densidade de corrente que levam à degradação do desempenho;
* Possui uma relação equilibrada entre perímetro e área do eletrodo (P/A), otimizando a eficiência de injeção de portadores e suprimindo a recombinação parasitária.
2. Valor de aplicação: principais cenários e importância tecnológica dos LEDs verdes em miniatura
Miniaturas de LEDs verdes, operando dentro da faixa de sensibilidade máxima do olho humano, são dispositivos essenciais em áreas como telas coloridas de alta fidelidade, sistemas de realidade aumentada/realidade virtual (RA/RV), fototerapia e comunicação por luz visível.
O principal valor desta pesquisa reside em demonstrar que a otimização da geometria estrutural em microescala pode alcançar melhorias de desempenho quantificáveis sem alterar a composição do material. A estrutura hexagonal em forma de mesa, com sua capacidade superior de distribuição de corrente, menor perda não radiativa e maior eficiência quântica externa (EQE), tornou-se uma solução estrutural altamente promissora para LEDs de microdisplays e comunicação de alta eficiência, alinhando-se perfeitamente com a tendência da indústria em direção a dispositivos fotônicos miniaturizados, de alto brilho e longa vida útil.
3. Dados experimentais: Quantificando as vantagens de desempenho das estruturas hexagonais
Nos testes de desempenho elétrico, a tensão de ativação dos três dispositivos estruturais permaneceu consistente em torno de 3,3 V, mas diferenças significativas foram observadas em altas tensões de polarização:
Com uma tensão de polarização de 10V, a densidade de corrente do LED hexagonal atingiu 285,8A/cm², superando em muito a do LED quadrado (199,9A/cm²) e circular (164,7A/cm²); esses dados indicam que o efeito de espalhamento de corrente otimizado melhora diretamente a eficiência de injeção de portadores.
Com o aumento da corrente, o comprimento de onda de emissão do LED hexagonal apresenta um significativo deslocamento para o azul de 2,9 nm, o que significa que uma distribuição de portadores mais uniforme reduz o efeito de confinamento quântico.
Nos testes de desempenho óptico, as vantagens da estrutura hexagonal tornaram-se ainda mais evidentes:
Com uma densidade de corrente de injeção de 200 A/cm², a densidade de potência de saída do micro-LED hexagonal atingiu 4,94 W/cm², superando a das estruturas circulares (3,86 W/cm²) e quadradas (3,14 W/cm²);
Sua eficiência quântica externa (EQE) atingiu um pico de 19,9% em uma densidade de corrente de 10,41 A/cm², superior à de dispositivos circulares (16,9%) e quadrados (17,6%);
Como um indicador chave da degradação da eficiência com a corrente, a taxa de decaimento do EQE da estrutura hexagonal foi de apenas 48,2%, inferior à das estruturas circular (52,4%) e quadrada (56,1%), demonstrando seu desempenho superior no equilíbrio térmico e no equilíbrio da recombinação elétron-buraco.
