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

加州大學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構，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?！彼忉屨f，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中的光線是在半導體材料中產(chǎn)生的，當沿半導體晶格運動的帶負電荷的電子遇到帶正電荷的空穴（沒有電子），并轉變?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結構中，”Schuller說?！八晕覀円庾R到可以使用傳統(tǒng)的超表面概念來設計通常被困的光線?！?/p>

他們決定的設計包括在藍寶石基片上嵌入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體結構，光的偏振在此過程產(chǎn)生，對很多應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的納米級設計和半導體表面制造，將產(chǎn)生的光子引導到期望的方向。

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圣巴巴拉分校納米制造設備設計并制作了半導體表面，以適應自發(fā)光發(fā)射的超表面概念。