Vor kurzem gelang der Forschungsgruppe von Sun Haiding und Long Shibing der School of Microelectronics der University of Science and Technology of China ein Durchbruch in den wichtigen Fortschritten der UV-LED-Lumineszenzleistung in Bezug auf die Verwendung von Saphirsubstrat-Fasenwinkelsteuerung Quantenbrunnen, um einen dreidimensionalen Trägereinschluss zu erreichen.
Obwohl ultraviolette Strahlen nur 5% der Energie im Sonnenlicht ausmachten, sind sie im menschlichen Leben weit verbreitet. Derzeit wird ultraviolettes Licht häufig bei der Wasserreinigung, Lichthärtung, Sterilisation und Desinfektion eingesetzt. Traditionelle ultraviolette Lichtquellen verwenden im Allgemeinen den angeregten Zustand der Quecksilberdampfentladung, um ultraviolette Strahlen zu erzeugen, die viele Defekte aufweisen, wie z. B. große Wärmeentwicklung, hoher Stromverbrauch, langsame Reaktion, kurze Lebensdauer und potenzielle Sicherheitsrisiken. Die neue tief-ultraviolette Lichtquelle nutzt das Prinzip der Leuchtdiode (LED), das viele Vorteile gegenüber der herkömmlichen Quecksilberlampe hat. Unter ihnen ist der wichtigste Vorteil, dass es keine giftigen Quecksilberelemente enthält. Die Umsetzung der "Minamata-Konvention" sagt vor, dass die Verwendung von quecksilberhaltigen UV-Lampen im Jahr 2020 vollständig verboten wird. Daher ist die Entwicklung einer brandneuen, umweltfreundlichen, hocheffizienten ultravioletten Lichtquelle zu einer wichtigen Herausforderung für die Menschen geworden.
Infolgedessen sind tiefe ultraviolette Leuchtdioden (UV-LEDs) auf Basis von Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke (Galliumnitrid, Aluminiumgalliumnitrid) zur besten Wahl für diese neue Anwendung geworden. Dieses All-Solid-State-Lichtquellensystem ist hocheffizient, klein und hat eine lange Lebensdauer. Es ist nur ein Chip von der Größe einer Daumenabdeckung und kann ultraviolettes Licht stärker emittieren als eine Quecksilberlampe. Das Rätsel hängt hier vor allem vom Halbleitermaterial iii-nitrid mit direkter Bandlücke ab: Wenn elektronen im Leitungsband mit Löchern im Valenzband rekombinieren, entstehen Photonen. Die Energie des Photons hängt von der Bandlücke des Materials ab, so dass Wissenschaftler die Elementzusammensetzung in der ternären Verbindung von Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) anpassen können, um verschiedene Wellenlängen der Lichtemission zu erreichen. Es ist jedoch nicht immer so einfach, eine hocheffiziente Lichtemission von UV-LEDs zu erreichen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass bei der Rekombination von Elektronen und Löchern nicht immer Photonen erzeugt werden. Diese Effizienz wird als interne Quanteneffizienz (IQE) bezeichnet.
Anders als bei der traditionellen UV-LED-Struktur ist die Dicke des Potentialbrunnens und die Potentialbarriere in der lichtemittierenden Schicht dieser neuen Art von Struktur, dem Multilayer Quantum Well (MQW), nicht einheitlich. Mit Hilfe von hochauflösenden Projektionselektronenmikroskopen konnten Forscher Quantenbrunnenstrukturen von nur wenigen Nanometern im mikroskopischen Maßstab analysieren. Studien haben gezeigt, dass sich Gallium (Ga) -Atome an den Stufen des Substrats aggregieren, was zu einer Verengung des lokalen Energiebandes führt, und wenn der Film wächst, werden sich die Ga-reichen und AI-reichen Regionen bis zur DUV-LED erstrecken Die Oberfläche wird in einem dreidimensionalen Raum verzerrt und gebogen, um eine dreidimensionale multiple Quantenbrunnenstruktur zu bilden. Forscher nennen dieses spezielle Phänomen: die Phasentrennung von KI- und Ga-Elementen und die Lokalisierung von Trägern. Es ist erwähnenswert, dass im indiumgalliumnitrid (lnGaN) -basierten blauen LED-System ln und Ga nicht zu 100% mischbar sind, was zu ln-reichen und Ga-reichen Regionen innerhalb des Materials führt, was zu einem lokalisierten Zustand und einer geförderten Belastung führt. Strahlungs-Rekombination von Strömen. Aber im AlGaN-Materialsystem ist die Phasentrennung von Al und Ga selten zu sehen. Eine der wichtigen Bedeutungen dieser Arbeit besteht darin, den Wachstumsmodus des Materials künstlich anzupassen, die Phasentrennung zu fördern und so die lichtemittierenden Eigenschaften des Geräts erheblich zu verbessern.
Diese Forschung wird neue Ideen für die Forschung und Entwicklung von hocheffizienten All-Solid-State-UV-Lichtquellen liefern. Diese Idee erfordert keine teuren gemusterten Substrate und komplexe epitaktische Wachstumsprozesse. Allein durch die Einstellung des Fasenwinkels des Substrats und die Abstimmung und Optimierung epitaktischer Wachstumsparameter wird erwartet, dass die Lichteigenschaften von UV-LEDs auf eine Höhe verbessert werden können, die mit der von blauen LEDs vergleichbar ist, was ein Experiment für die großflächige Anwendung von Hochleistungs-Tiefen-UV-LEDs ist. Und theoretische Grundlagen.
