Недавно исследовательская группа Sun Haiding и Long Shibing из Школы микроэлектроники Научно-технического университета Китая сделала прорыв в важном прогрессе в области люминесценции УФ-светодиодов в отношении использования квантовой ямы для контроля угла фаски на сапфировой подложке. для достижения трехмерного удержания носителей.
Хотя ультрафиолетовые лучи составляют всего 5% энергии солнечного света, они широко используются в жизни человека. В настоящее время ультрафиолетовое излучение широко используется для очистки воды, световой обработки, стерилизации и дезинфекции. Традиционные источники ультрафиолетового света обычно используют возбужденное состояние разряда паров ртути для генерации ультрафиолетовых лучей, которые имеют множество дефектов, таких как большое тепловыделение, высокое энергопотребление, медленный отклик, короткий срок службы и потенциальные угрозы безопасности. В новом источнике глубокого ультрафиолетового света используется принцип светоизлучающих диодов (LED), который имеет много преимуществ по сравнению с традиционной ртутной лампой. Среди них наиболее важным преимуществом является то, что он не содержит токсичных элементов ртути. Реализация" Минаматской конвенции" предсказывает, что использование ртутьсодержащих ультрафиолетовых ламп будет полностью запрещено в 2020 году. Таким образом, разработка нового экологически чистого высокоэффективного источника ультрафиолетового света стала важной задачей, стоящей перед людьми.
В результате светодиоды глубокого ультрафиолетового излучения (УФ-светодиоды) на основе широкозонных полупроводниковых материалов (нитрид галлия, нитрид алюминия-галлия) стали лучшим выбором для этого нового применения. Эта полностью твердотельная система источника света отличается высокой эффективностью, небольшими размерами и длительным сроком службы. Это всего лишь микросхема размером с крышку большого пальца, которая может излучать ультрафиолетовый свет сильнее, чем ртутная лампа. Загадка здесь в основном зависит от материала полупроводника III-нитрида с прямой запрещенной зоной: когда электроны в зоне проводимости рекомбинируют с дырками в валентной зоне, образуются фотоны. Энергия фотона зависит от ширины запрещенной зоны материала, поэтому ученые могут регулировать элементный состав в тройном соединении нитрида алюминия-галлия (AlGaN) для достижения различных длин волн излучения света. Однако не всегда так просто добиться высокоэффективного светового излучения УФ-светодиодов. Ученые обнаружили, что при рекомбинации электронов и дырок не всегда возникают фотоны. Эта эффективность называется внутренней квантовой эффективностью (IQE).
В отличие от традиционной структуры УФ-светодиодов, толщина потенциальной ямы и потенциального барьера в светоизлучающем слое этого нового типа структуры, многослойной квантовой ямы (MQW), неоднородна. С помощью проекционных электронных микроскопов высокого разрешения исследователи смогли проанализировать структуры квантовых ям размером всего несколько нанометров в микроскопическом масштабе. Исследования показали, что атомы галлия (Ga) будут агрегироваться на ступенях подложки, что приводит к сужению локальной энергетической полосы, и по мере роста пленки богатые Ga и AI области будут расширяться до DUV-светодиода. Поверхность искажается и изгибается в трехмерном пространстве, образуя трехмерную структуру с множественными квантовыми ямами. Исследователи называют это особое явление: фазовое разделение элементов AI и Ga и локализация носителей. Стоит отметить, что в системе синих светодиодов на основе нитрида галлия индия (lnGaN), ln и Ga не смешиваются на 100%, что приводит к богатым ln и Ga областям внутри материала, что приводит к локализованному состоянию и способствует загрузка. Радиационная рекомбинация токов. Но в системе материалов AlGaN фазовое разделение Al и Ga наблюдается редко. Одно из важных значений этой работы - искусственно отрегулировать режим роста материала, способствовать разделению фаз и, таким образом, значительно улучшить светоизлучающие характеристики устройства.
Это исследование предоставит новые идеи для исследования и разработки высокоэффективных твердотельных источников УФ-света. Эта идея не требует дорогих структурированных подложек и сложных процессов эпитаксиального роста. Полагаясь только на регулировку угла наклона подложки и согласование и оптимизацию параметров эпитаксиального роста, ожидается, что световые характеристики УФ-светодиодов могут быть улучшены до высоты, сравнимой с характеристиками синих светодиодов. широкомасштабное применение мощных светодиодов глубокого УФ-излучения. И теоретическая база.
