日前，在《自然光子學(xué)》上發(fā)表的一篇論文中，加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員描述了一種推進LED顯示和照明技術(shù)的方法，從VR耳機到汽車照明，各種LED設(shè)備都能夠變得更加精密和光滑。

加州大學(xué)圣巴巴拉分校電子和計算機工程教授Jonathan Schuller說：“我們展示的是一種新型的光子結(jié)構(gòu)，它不僅能讓你提取更多的光子，還能將它們引向你想要的地方。”他解釋說，外部封裝組件一般用于控制LED所發(fā)出的光，而我們改進的性能是在不使用外部封裝組件的情況下實現(xiàn)的。

LED中的光線是在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的，當(dāng)沿半導(dǎo)體晶格運動的帶負(fù)電荷的電子遇到帶正電荷的空穴（沒有電子），并轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰枯^低的狀態(tài)時，在此過程中會釋放一個光子。在他們的測量過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)數(shù)量的光子正在產(chǎn)生，但都不是在LED中產(chǎn)生的。

“我們意識到，如果你在形成圖形之前觀察發(fā)射光子的角度分布，它往往會在一個特定的方向達到峰值，而這個方向通常會被困在LED結(jié)構(gòu)中，”Schuller說。“所以我們意識到可以使用傳統(tǒng)的超表面概念來設(shè)計通常被困的光線。”

他們決定的設(shè)計包括在藍(lán)寶石基片上嵌入1．45微米長的氮化鎵（GaN）納米棒陣列，其中嵌入了氮化銦鎵的量子陷，以限制電子和空穴從而發(fā)出光。除了允許更多的光離開半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，光的偏振在此過程產(chǎn)生，對很多應(yīng)用都有著非常重要的作用。

研究人員表示超表面本質(zhì)上是一個亞波長天線陣列。而另一方面LED發(fā)出的則是自發(fā)光，而不是基于激光的受激相干光。光子陷自發(fā)發(fā)射會對所有可能的光子運動方式進行采樣，所以光看起來就像一束向所有可能的方向運動的光子。問題是在于他們能否通過仔細(xì)的納米級設(shè)計和半導(dǎo)體表面制造，將產(chǎn)生的光子引導(dǎo)到期望的方向。

氮化鎵非常難處理，需要專門的工藝來制造高質(zhì)量的晶體，最終該團隊利用加州大學(xué)圣巴巴拉分校納米制造設(shè)備設(shè)計并制作了半導(dǎo)體表面，以適應(yīng)自發(fā)光發(fā)射的超表面概念。