Recentemente, il gruppo di ricerca di Sun Haiding e Long Shibing della School of Microelectronics dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina ha fatto un passo avanti nell'importante progresso delle prestazioni di luminescenza dei LED UV per quanto riguarda l'uso del controllo dell'angolo di smusso del substrato di zaffiro quantistico per ottenere il confinamento tridimensionale del vettore.
Sebbene i raggi ultravioletti rappresentino solo il 5% dell'energia della luce solare, sono ampiamente utilizzati nella vita umana. Attualmente, la luce ultravioletta è ampiamente utilizzata nella purificazione dell'acqua, nella fotopolimerizzazione, nella sterilizzazione e nella disinfezione. Le sorgenti di luce ultravioletta tradizionali generalmente utilizzano lo stato eccitato della scarica di vapore di mercurio per generare raggi ultravioletti, che hanno molti difetti come grande generazione di calore, elevato consumo energetico, risposta lenta, breve durata e potenziali rischi per la sicurezza. La nuova sorgente di luce ultravioletta profonda utilizza il principio del diodo a emissione di luce (LED), che presenta molti vantaggi rispetto alla tradizionale lampada al mercurio. Tra questi, il vantaggio più importante è che non contiene elementi tossici di mercurio. L'attuazione della"Convenzione di Minamata" prevede che l'uso di lampade ultraviolette contenenti mercurio sarà completamente vietato nel 2020. Pertanto, lo sviluppo di una nuovissima sorgente di luce ultravioletta ecologica e ad alta efficienza è diventata una sfida importante per le persone.
Di conseguenza, i diodi a emissione di luce ultravioletta profonda (LED UV) basati su materiali semiconduttori a banda larga (nitruro di gallio, nitruro di gallio e alluminio) sono diventati la scelta migliore per questa nuova applicazione. Questo sistema di sorgenti luminose completamente allo stato solido è altamente efficiente, di piccole dimensioni e ha una lunga durata. È solo un chip delle dimensioni di un copri pollice e può emettere luce ultravioletta più forte di una lampada al mercurio. Il mistero qui dipende principalmente dal materiale semiconduttore a banda proibita diretta del nitruro III: quando gli elettroni nella banda di conduzione si ricombinano con le lacune nella banda di valenza, vengono prodotti fotoni. L'energia del fotone dipende dalla banda proibita del materiale, quindi gli scienziati possono regolare la composizione dell'elemento nel composto ternario di nitruro di alluminio e gallio (AlGaN) per ottenere diverse lunghezze d'onda di emissione di luce. Tuttavia, non è sempre così semplice ottenere un'emissione luminosa ad alta efficienza dei LED UV. Gli scienziati hanno scoperto che quando elettroni e lacune si ricombinano, non sempre vengono prodotti fotoni. Questa efficienza è chiamata efficienza quantistica interna (IQE).
Diverso dalla tradizionale struttura a LED UV, lo spessore del pozzo potenziale e la potenziale barriera nello strato luminescente di questo nuovo tipo di struttura, il pozzo quantico multistrato (MQW), non è uniforme. Con l'aiuto di microscopi elettronici a proiezione ad alta risoluzione, i ricercatori sono stati in grado di analizzare strutture di pozzi quantistici di pochi nanometri su scala microscopica. Gli studi hanno dimostrato che gli atomi di gallio (Ga) si aggregheranno ai gradini del substrato, il che porta a un restringimento della banda energetica locale, e man mano che il film cresce, le regioni ricche di Ga e AI si estenderanno al LED DUV La superficie è distorta e piegata in uno spazio tridimensionale per formare una struttura a pozzo quantistico multiplo tridimensionale. I ricercatori chiamano questo fenomeno speciale: la separazione di fase degli elementi AI e Ga e la localizzazione dei portatori. Vale la pena sottolineare che nel sistema LED blu a base di nitruro di indio gallio (lnGaN), ln e Ga non sono miscibili al 100%, risultando in regioni ricche di ln e Ga all'interno del materiale, con conseguente stato localizzato e promosso Caricamento in corso. Ricombinazione radiativa delle correnti. Ma nel sistema materiale AlGaN, la separazione di fase di Al e Ga si vede raramente. Uno dei significati importanti di questo lavoro è quello di regolare artificialmente la modalità di crescita del materiale, promuovere la separazione di fase e quindi migliorare notevolmente le caratteristiche di emissione della luce del dispositivo.
Questa ricerca fornirà nuove idee per la ricerca e lo sviluppo di sorgenti luminose UV a stato solido ad alta efficienza. Questa idea non richiede costosi substrati modellati e complessi processi di crescita epitassiale. Basandosi solo sulla regolazione dell'angolo di inclinazione del substrato e sull'adattamento e ottimizzazione dei parametri di crescita epitassiale, ci si aspetta che le caratteristiche luminose dei LED UV possano essere migliorate ad un'altezza paragonabile a quella dei LED blu, ponendo un esperimento per la applicazione su larga scala di LED UV profondi ad alta potenza. E basi teoriche.
