Diepe ultraviolette lichtgevende diodes (DUV-LED's) gemaakt van aluminium galliumnitride (AlGaN) brengen elektrische energie efficiënt over naar optische energie vanwege de groei van een van de onderste lagen op een stapsgewijze manier. Deze vonst, gepubliceerd in het tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven , kan leiden tot de ontwikkeling van nog efficiëntere leds.

Op AlGaN gebaseerde DUV-LED's krijgen veel onderzoeksaandacht vanwege hun potentiële gebruik bij sterilisatie, water Zuivering, fototherapie, en zonlichtonafhankelijke optische communicatie met hoge snelheid. Wetenschappers onderzoeken manieren om hun efficiëntie bij het omzetten van elektrische energie in optische energie te verbeteren.

Kazunobu Kojima van Tohoku University is gespecialiseerd in kwantumopto-elektronica, die de kwantumeffecten van licht op halfgeleidermaterialen in vaste toestand bestudeert. Hij en collega's in Japan gebruikten een verscheidenheid aan gespecialiseerde microscopische technieken om te begrijpen hoe de structuur van op AlGaN gebaseerde LED's hun efficiëntie beïnvloedt.

Ze fabriceerden een op AlGaN gebaseerde LED door een laag aluminiumnitride op een saffiersubstraat te laten groeien met een zeer kleine hoek van één graad. Volgende, ze groeiden een bekledingslaag van AlGaN met siliciumverontreinigingen bovenop de aluminiumnitridelaag. Daarop zijn vervolgens drie AlGaN 'quantum wells' gegroeid. Quantumbronnen zijn zeer dunne lagen die subatomaire deeltjes, elektronen en gaten genaamd, opsluiten binnen de dimensie die loodrecht op het oppervlak van de lagen staat, zonder hun beweging in de andere dimensies te beperken. De bovenste kwantumput werd uiteindelijk bedekt met een elektronenblokkerende laag gevormd uit aluminiumnitride en AlGaN met magnesiumverontreinigingen.

De microscopische onderzoeken onthulden dat er zich tussen de onderste aluminiumnitride- en AlGaN-lagen terrasvormige stappen vormen. Deze stappen beïnvloeden de vormen van de kwantumputlagen erboven. Er vormen zich galliumrijke strepen die de onderste treden verbinden met de kleine vervormingen die ze veroorzaken in de bovenste kwantumputlagen. Deze strepen vertegenwoordigen micropaden van elektrische stroom in de AlGaN-bekledingslaag. Deze micropaten, samen met een sterke lokalisatie van beweging van elektronen en gaten in de kwantumputlagen, lijkt de efficiëntie van de LED's te verhogen bij het omzetten van elektrische energie in optische energie, zeggen de onderzoekers.

Het team is van plan om deze informatie vervolgens te gebruiken om efficiëntere op AlGaN gebaseerde diep-ultraviolette LED's te fabriceren. zegt Kojima.