A közelmúltban a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem Mikroelektronikai Karának Sun Haiding és Long Shibing kutatócsoportja áttörést ért el az UV LED lumineszcencia teljesítményének fontos előrehaladásában a zafír szubsztrát letörés szögszabályozás kvantumkút használata tekintetében a háromdimenziós hordozózár elérése érdekében.
Bár az ultraibolya sugarak a napfény energiájának csak 5% -át teszik ki, széles körben használják őket az emberi életben. Jelenleg az ultraibolya fényt széles körben használják a víztisztításban, a könnyű gyógyításban, a sterilizálásban és a fertőtlenítésben. A hagyományos ultraibolya fényforrások általában a higanygőz-kisülés gerjesztett állapotát használják ultraibolya sugarak előállítására, amelyek számos hibával rendelkeznek, mint például a nagy hőtermelés, a nagy energiafogyasztás, a lassú válasz, a rövid élettartam és a potenciális biztonsági veszélyek. Az új mély-ultraibolya fényforrás a fénykibocsátó dióda (LED) elvét használja, amely számos előnnyel rendelkezik a hagyományos higanylámpával szemben. Ezek közül a legfontosabb előnye, hogy nem tartalmaz mérgező higanyelemeket. A "Minamata-egyezmény" végrehajtása megjövendölődött, hogy 2020-ban teljesen betiltják a higanytartalmú ultraibolya lámpák használatát. Ezért egy vadonatúj környezetbarát, nagy hatékonyságú ultraibolya fényforrás kifejlesztése fontos kihívássá vált az emberek számára.
Ennek eredményeként a széles sávú félvezető anyagokon (gallium-nitrid, alumínium-gallium-nitrid) alapuló mély ultraibolya fénykibocsátó diódák (UV LED-ek) váltak a legjobb választássá erre az új alkalmazásra. Ez a teljesen szilárdtest fényforrás rendszer rendkívül hatékony, kis méretű, és hosszú élettartamú. Ez csak egy hüvelykujjfedél méretű chip, és ultraibolya fényt bocsáthat ki, amely erősebb, mint egy higanylámpa. A rejtély itt elsősorban a III-nitrid közvetlen sávközeli félvezető anyagától függ: amikor a vezetősávban lévő elektronok rekombinálnak a valence sáv lyukaival, fotonok keletkeznek. A foton energiája az anyag sávkülönbségétől függ, így a tudósok beállíthatják az alumínium-gallium-nitrid (AlGaN) ternáris vegyületének elemösszetételét a fénykibocsátás különböző hullámhosszainak elérése érdekében. Azonban nem mindig olyan egyszerű az UV LED-ek nagy hatékonyságú fénykibocsátásának elérése. A tudósok felfedezték, hogy amikor az elektronok és lyukak rekombinánsak, a fotonok nem mindig keletkeznek. Ezt a hatékonyságot belső kvantumhatékonyságnak (IQE) nevezik.
A hagyományos UV LED szerkezettől eltérően a potenciális kút vastagsága és az új típusú szerkezet fénykibocsátó rétegében lévő potenciális akadály, a többrétegű kvantumkút (MQW) nem egységes. Nagy felbontású vetületi elektronmikroszkópok segítségével a kutatók mikroszkópos méretekben csak néhány nanométeres kvantumkútszerkezeteket tudtak elemezni. Tanulmányok kimutatták, hogy a gallium (Ga) atomok a szubsztrátum lépcsőin aggregátumot képeznek, ami a helyi energiasáv beszűkül, és a film növekedésével a Ga-gazdag és AI-gazdag régiók kiterjednek a DUV LED-re A felület torzul és hajlított egy háromdimenziós térben, hogy háromdimenziós többszörös kvantumkútszerkezetet képezzenek. A kutatók ezt a különleges jelenséget hívják: a AI és Ga elemek fázisszétválasztását és a hordozók lokalizációját. Érdemes kiemelni, hogy az indium gallium-nitrid (lnGaN)-alapú kék LED-rendszer, ln és Ga nem 100%-ban elhibázott, ami ln-gazdag és Ga-gazdag régiók az anyagon belül, ami a lokalizált állapot és elősegíti a terhelést. Az áramok sugárzási rekombinációja. De az AlGaN anyagi rendszerben al és Ga fáziselválasztása ritkán látható. Ennek a munkának az egyik fontos jelentése az anyag növekedési módjának mesterséges beállítása, a fáziselválasztás elősegítése, és ezáltal nagyban javítja a készülék fénykibocsátó jellemzőit.
Ez a kutatás új ötleteket ad a nagy hatékonyságú, minden szilárdtestes UV fényforrások kutatására és fejlesztésére. Ez az ötlet nem igényel drága mintás szubsztrátumokat és összetett epitaxiális növekedési folyamatokat. Csak a szubsztrátum ferde szögének beállítására és az epitaxiális növekedési paraméterek egyeztetésére és optimalizálására támaszkodva várható, hogy az UV LED-ek fényjellemzői a kék LED-ekhez hasonló magasságra javíthatók, és kísérletet végeznek a nagy teljesítményű mély UV LED-ek nagy teljesítményű alkalmazására. És elméleti alapot.
