Forstå høj effektivitet af dybe ultraviolette lysdioder

Dybe ultraviolette lysemitterende dioder (DUV-LED'er) lavet af aluminium galliumnitrid (AlGaN) overfører effektivt elektrisk energi til optisk energi på grund af væksten af ​​et af dets bundlag på en trinlignende måde. Dette fund, offentliggjort i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver , kan føre til udvikling af endnu mere effektive lysdioder.

AlGaN-baserede DUV-LED'er får stor forskningsmæssig opmærksomhed på grund af deres potentielle brug i sterilisering, vandrensning, fototerapi, og sollys-uafhængig højhastigheds optisk kommunikation. Forskere undersøger måder at forbedre deres effektivitet i at konvertere elektrisk energi til optisk energi.

Kazunobu Kojima fra Tohoku University har specialiseret sig i kvanteoptoelektronik, som studerer lysets kvanteeffekter på halvledermaterialer i fast tilstand. Han og kolleger i Japan brugte en række specialiserede mikroskopiske teknikker til at forstå, hvordan strukturen af ​​AlGaN-baserede LED'er påvirker deres effektivitet.

De fremstillede en AlGaN-baseret LED ved at dyrke et lag aluminiumnitrid oven på et safirsubstrat med en meget lille vinkel på én grad. Næste, de dyrkede et beklædningslag af AlGaN med siliciumurenheder oven på aluminiumnitridlaget. Tre AlGaN 'kvantebrønde' blev så dyrket oven på dette. Kvantebrønde er meget tynde lag, der begrænser subatomære partikler kaldet elektroner og huller inden for den dimension, der er vinkelret på lagenes overflade, uden at begrænse deres bevægelse i de andre dimensioner. Den øverste kvantebrønd blev til sidst dækket med et elektronblokerende lag dannet af aluminiumnitrid og AlGaN med magnesiumurenheder.

De mikroskopiske undersøgelser afslørede, at der dannes terrasser mellem de nederste aluminiumnitrid- og AlGaN-lag. Disse trin påvirker formerne af kvantebrøndlagene over dem. Galliumrige striber dannes, der forbinder de nederste trin med de små forvrængninger, de forårsager i de øvre kvantebrøndlag. Disse striber repræsenterer mikrobaner af elektrisk strøm i AlGaN-beklædningslaget. Disse mikrobaner, sammen med en stærk lokalisering af bevægelse af elektroner og huller i kvantebrøndlagene, ser ud til at øge LED'ernes effektivitet til at konvertere elektrisk energi til optisk energi, siger forskerne.

Holdet planlægger derefter at bruge denne information til at fremstille mere effektive AlGaN-baserede dybe ultraviolette lysdioder, siger Kojima.