Un equipo de investigación de la Universidad de Xiamen ha demostrado experimentalmente que el uso de una estructura hexagonal tipo meseta puede mejorar significativamente el rendimiento de los microdiodos emisores de luz (LED) verdes de nitruro de indio y galio (InGaN). La investigación, publicada en *Optics Express*, Volumen 33, Página 42747, 2025, detalla cómo la optimización de la geometría de la meseta del microLED puede resolver los problemas de uniformidad de corriente y mejorar la eficiencia fotoelectrónica, crucial para las tecnologías de visualización y comunicación de próxima generación. La abreviatura "mesa" se refiere al área elevada del microLED que forma la superficie emisora de luz (LES), el componente principal para la emisión de luz.
1. Diseño de la investigación: Comparación de tres estructuras de mesa y las ventajas de las estructuras hexagonales
Este estudio comparó tres estructuras de meseta: circular, cuadrada y hexagonal. Todas las estructuras se fabricaron a partir de materiales multicapa de nitruro de indio y galio/nitruro de galio (InGaN/GaN) crecidos sobre sustratos de zafiro con patrones mediante deposición química de vapor metalorgánica (MOCVD).
La meseta hexagonal, con sus seis vértices distribuidos uniformemente, logra tres optimizaciones clave:
* Reduce la distancia máxima entre el electrodo p central y el borde de la meseta, mejorando la uniformidad de la difusión de corriente dentro de la región activa;
* Mitiga el problema de acumulación de corriente en las esquinas que se encuentra comúnmente en las mesetas cuadradas, reduciendo las regiones de baja densidad de corriente que conducen a la degradación del rendimiento;
* Posee una relación equilibrada entre perímetro y área de electrodo (P/A), lo que optimiza la eficiencia de inyección de portadores al tiempo que suprime la recombinación parásita.
2. Valor de aplicación: Escenarios principales y relevancia tecnológica de los LED verdes en miniatura
Los mini LED verdes que operan dentro del rango de máxima sensibilidad del ojo humano son dispositivos clave en campos como las pantallas de color de alta fidelidad, los sistemas de realidad aumentada/realidad virtual (RA/RV), la fototerapia y la comunicación por luz visible.
El valor fundamental de esta investigación radica en demostrar que la optimización geométrica estructural a microescala permite obtener mejoras cuantificables en el rendimiento sin alterar la composición del material. La meseta hexagonal, con su superior capacidad de dispersión de corriente, menores pérdidas no radiativas y mayor eficiencia cuántica externa (EQE), se ha convertido en una solución estructural muy prometedora para micropantallas y LED de comunicación de alta eficiencia, alineándose perfectamente con la tendencia de la industria hacia dispositivos fotónicos miniaturizados, de alto brillo y larga vida útil.
3. Datos experimentales: Cuantificación de las ventajas de rendimiento de las estructuras hexagonales
En las pruebas de rendimiento eléctrico, la tensión de encendido de los tres dispositivos estructurales se mantuvo constante en torno a 3,3 V, pero se observaron diferencias significativas a altas tensiones de polarización:
Con una tensión de polarización de 10 V, la densidad de corriente del LED hexagonal alcanzó los 285,8 A/cm², superando con creces la de la mesa cuadrada (199,9 A/cm²) y circular (164,7 A/cm²); estos datos indican que el efecto de dispersión de corriente optimizado mejora directamente la eficiencia de inyección de portadores.
A medida que aumenta la corriente, la longitud de onda de emisión del LED hexagonal muestra un desplazamiento azul significativo de 2,9 nm, lo que significa que la distribución de portadores más uniforme reduce el efecto de confinamiento cuántico.
En las pruebas de rendimiento óptico, las ventajas de la estructura hexagonal se hicieron aún más evidentes:
Con una densidad de corriente de inyección de 200 A/cm², la densidad de potencia de salida del micro-LED hexagonal alcanzó los 4,94 W/cm², superando la de las estructuras circulares (3,86 W/cm²) y cuadradas (3,14 W/cm²);
Su eficiencia cuántica externa (EQE) alcanzó un máximo del 19,9% a una densidad de corriente de 10,41 A/cm², superior a la de los dispositivos circulares (16,9%) y cuadrados (17,6%);
Como indicador clave de la degradación de la eficiencia con la corriente, la tasa de decaimiento de la EQE de la estructura hexagonal fue solo del 48,2%, inferior a la de las estructuras circulares (52,4%) y cuadradas (56,1%), lo que demuestra su rendimiento superior en equilibrio térmico y equilibrio de recombinación electrón-hueco.
