Niedawno grupa badawcza Sun Haiding i Long Shibing ze Szkoły Mikroelektroniki Uniwersytetu Nauki i Technologii w Chinach dokonała przełomu w ważnym postępie wydajności luminescencji UV LED w odniesieniu do wykorzystania szafirowej kontroli kąta fazowania podłoża w celu osiągnięcia trójwymiarowego zamknięcia nośnika.
Chociaż promienie ultrafioletowe stanowią tylko 5% energii w świetle słonecznym, są szeroko stosowane w życiu człowieka. Obecnie światło ultrafioletowe jest szeroko stosowane w oczyszczaniu wody, utwardzaniu światłem, sterylizacji i dezynfekcji. Tradycyjne źródła światła ultrafioletowego zazwyczaj wykorzystują stan wzbudzony wyładowania oparów rtęci do generowania promieni ultrafioletowych, które mają wiele wad, takich jak duże wytwarzanie ciepła, wysokie zużycie energii, powolna reakcja, krótka żywotność i potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa. Nowe źródło światła o głębokim ultrafiolecie wykorzystuje zasadę diody elektroluminescencyjnej (LED), która ma wiele zalet w porównaniu z tradycyjną lampą rtęciową. Wśród nich najważniejszą zaletą jest to, że nie zawiera toksycznych pierwiastków rtęciowych. Wdrożenie "Konwencji z Minamaty" przewiduje, że stosowanie lamp ultrafioletowych zawierających rtęć zostanie całkowicie zakazane w 2020 roku. Dlatego opracowanie zupełnie nowego, przyjaznego dla środowiska, wysokowydajnego źródła światła ultrafioletowego stało się ważnym wyzwaniem stojącym przed ludźmi.
W rezultacie diody elektroluminescencyjne głębokiego ultrafioletu (uv LED) oparte na materiałach półprzewodnikowych o szerokim paśmie przenoszenia (azotek galu, azotek glinu) stały się najlepszym wyborem dla tego nowego zastosowania. Ten całkowicie półprzewodnikowy system źródeł światła jest bardzo wydajny, mały i ma długą żywotność. Jest to tylko chip wielkości osłony kciuka i może emitować światło ultrafioletowe silniejsze niż lampa rtęciowa. Tajemnica tutaj zależy głównie od materiału półprzewodnikowego z bezpośredniej szczeliny pasmowej azotku III: gdy elektrony w paśmie przewodzenia rekombinują z otworami w paśmie walencyjnym, wytwarzane są fotony. Energia fotonu zależy od przerwy pasmowej materiału, dzięki czemu naukowcy mogą dostosować skład pierwiastków w trójskładnikowym związku azotku glinowo-galu (AlGaN), aby uzyskać różne długości fal emisji światła. Jednak nie zawsze jest to takie proste, aby osiągnąć wysoką emisję światła diod UV. Naukowcy odkryli, że gdy elektrony i rekombinują, fotony nie zawsze są wytwarzane. Ta wydajność nazywana jest wewnętrzną sprawnością kwantową (IQE).
W odróżnieniu od tradycyjnej struktury UV LED, grubość studni potencjału i bariera potencjału w warstwie emitującej światło tego nowego typu struktury, wielowarstwowa studnia kwantowa (MQW), nie jest jednolita. Za pomocą rzutowych mikroskopów elektronowych o wysokiej rozdzielczości naukowcy byli w stanie przeanalizować struktury studni kwantowych o zaledwie kilku nanometrach w skali mikroskopowej. Badania wykazały, że atomy galu (Ga) będą agregować się na etapach substratu, co prowadzi do zwężenia lokalnego pasma energii, a wraz ze wzrostem filmu obszary bogate w Ga i AI rozciągną się na diodę LED DUV Powierzchnia jest zniekształcona i wygięta w trójwymiarowej przestrzeni, tworząc trójwymiarową wielowymiarową strukturę studni kwantowej. Naukowcy nazywają to szczególnym zjawiskiem: separacją faz elementów AI i Ga oraz lokalizacją nośników. Warto podkreślić, że w niebieskim systemie LED opartym na azotku indu galu (lnGaN) ln i Ga nie są w 100% mieszane, co powoduje bogate w ln i bogate w Ga regiony wewnątrz materiału, co powoduje zlokalizowany stan i promowane obciążenie. Rekombinacja promieniowania prądów. Ale w systemie materiałowym AlGaN separacja faz Al i Ga jest rzadko widoczna. Jednym z ważnych znaczeń tej pracy jest sztuczne dostosowanie trybu wzrostu materiału, promowanie separacji faz, a tym samym znaczna poprawa właściwości emitujących światło urządzenia.
Badania te dostarczą nowych pomysłów na badania i rozwój wysokowydajnych, całkowicie stałych źródeł światła UV. Pomysł ten nie wymaga drogich wzorzystych substratów i złożonych procesów wzrostu epitaksjalnego. Opierając się wyłącznie na regulacji kąta skosu podłoża oraz dopasowaniu i optymalizacji parametrów wzrostu epitaksjalnego, oczekuje się, że właściwości świetlne diod UV można poprawić do wysokości porównywalnej z wysokością niebieskich diod LED, co stanowi eksperyment dla zastosowania na dużą skalę głębokich diod UV o dużej mocy. I podstawy teoretyczne.
