I diodi a emissione di luce ultravioletta profonda (DUV-LED) realizzati in nitruro di alluminio e gallio (AlGaN) trasferiscono in modo efficiente l'energia elettrica all'energia ottica grazie alla crescita di uno dei suoi strati inferiori in modo graduale. Questa constatazione, pubblicato sulla rivista Lettere di fisica applicata , può portare allo sviluppo di LED ancora più efficienti.

I DUV-LED a base di AlGaN stanno ricevendo molta attenzione da parte della ricerca a causa del loro potenziale utilizzo nella sterilizzazione, purificazione dell'acqua, fototerapia, e comunicazione ottica ad alta velocità indipendente dalla luce solare. Gli scienziati stanno studiando modi per migliorare la loro efficienza nella conversione dell'energia elettrica in energia ottica.

Kazunobu Kojima della Tohoku University è specializzato in optoelettronica quantistica, che studia gli effetti quantistici della luce sui materiali semiconduttori allo stato solido. Lui e i suoi colleghi in Giappone hanno utilizzato una varietà di tecniche microscopiche specializzate per capire come la struttura dei LED a base di AlGaN influisce sulla loro efficienza.

Hanno fabbricato un LED a base di AlGaN coltivando uno strato di nitruro di alluminio sopra un substrato di zaffiro con un angolo di inclinazione molto piccolo di un grado. Prossimo, hanno sviluppato uno strato di rivestimento di AlGaN con impurità di silicio sopra lo strato di nitruro di alluminio. Tre "pozzi quantici" di AlGaN sono stati quindi coltivati ​​su questo. I pozzi quantici sono strati molto sottili che confinano particelle subatomiche chiamate elettroni e lacune all'interno della dimensione perpendicolare alla superficie degli strati, senza limitare il loro movimento nelle altre dimensioni. Il pozzetto quantico superiore è stato infine ricoperto da uno strato di blocco degli elettroni formato da nitruro di alluminio e AlGaN con impurità di magnesio.

Le indagini microscopiche hanno rivelato che si formano gradini terrazzati tra gli strati inferiori di nitruro di alluminio e AlGaN. Questi passaggi influenzano le forme degli strati dei pozzi quantici sopra di essi. Si formano strisce ricche di gallio che collegano i gradini inferiori alle piccole distorsioni che provocano negli strati superiori dei pozzi quantici. Queste strisce rappresentano micropercorsi di corrente elettrica nello strato di rivestimento di AlGaN. Questi micropercorsi, insieme a una forte localizzazione del movimento di elettroni e lacune all'interno degli strati del pozzo quantistico, sembra aumentare l'efficienza dei LED nella conversione dell'energia elettrica in energia ottica, dicono i ricercatori.

Il team prevede di utilizzare queste informazioni per fabbricare LED ultravioletti profondi basati su AlGaN più efficienti, dice Kojima.