Djupa ultravioletta lysdioder (DUV-LED) tillverkade av aluminium galliumnitrid (AlGaN) överför effektivt elektrisk energi till optisk energi på grund av att ett av dess bottenskikt växer på ett stegliknande sätt. Detta fynd, publiceras i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik , kan leda till utvecklingen av ännu effektivare lysdioder.

AlGaN-baserade DUV-LEDs får mycket forskningsuppmärksamhet på grund av deras potentiella användning vid sterilisering, vattenrening, fototerapi, och solljusoberoende optisk höghastighetskommunikation. Forskare undersöker sätt att förbättra sin effektivitet när det gäller att omvandla elektrisk energi till optisk energi.

Kazunobu Kojima från Tohoku University är specialiserad på kvantoptoelektronik, som studerar ljusets kvanteffekter på halvledarmaterial i fast tillstånd. Han och kollegor i Japan använde en mängd olika specialiserade mikroskopiska tekniker för att förstå hur strukturen hos AlGaN-baserade lysdioder påverkar deras effektivitet.

De tillverkade en AlGaN-baserad lysdiod genom att odla ett lager av aluminiumnitrid ovanpå ett safirsubstrat med en mycket liten vinkel på en grad. Nästa, de odlade ett beklädnadsskikt av AlGaN med kiselföroreningar ovanpå aluminiumnitridskiktet. Tre AlGaN 'kvantbrunnar' odlades sedan ovanpå detta. Kvantbrunnar är mycket tunna skikt som begränsar subatomära partiklar som kallas elektroner och hål inom den dimension som är vinkelrät mot skiktens yta, utan att begränsa deras rörelse i de andra dimensionerna. Den översta kvantbrunnen täcktes slutligen med ett elektronblockerande skikt bildat av aluminiumnitrid och AlGaN med magnesiumföroreningar.

De mikroskopiska undersökningarna visade att terrasserade steg bildas mellan de nedre aluminiumnitrid- och AlGaN-skikten. Dessa steg påverkar formerna på kvantbrunnsskikten ovanför dem. Galliumrika ränder bildas som förbinder de nedre stegen med de små förvrängningar de orsakar i de övre kvantbrunnsskikten. Dessa ränder representerar mikrobanor av elektrisk ström i AlGaN-beklädnadsskiktet. Dessa mikrobanor, tillsammans med en stark lokalisering av rörelse av elektroner och hål inom kvantbrunnsskikten, verkar öka lysdiodernas effektivitet när det gäller att omvandla elektrisk energi till optisk energi, säger forskarna.

Teamet planerar sedan att använda denna information för att tillverka mer effektiva AlGaN-baserade djupa ultravioletta lysdioder, säger Kojima.