Iako ultraljubičastu energiju čini samo 5% sunčeve svjetlosti, ona se široko koristi u ljudskom životu. Trenutno primjena UV svjetla uključuje otvrdnjavanje tiska, anti-krivotvorenje novčića, liječenje kožnih bolesti, svjetlost rasta biljaka i oštećenje molekularne strukture mikroorganizama poput bakterija i virusa. Zbog toga se široko primjenjuje u sterilizaciji zraka, pročišćavanju vode te površinskoj sterilizaciji i dezinfekciji.
Tradicionalni izvor ultraljubičastog svjetla obično koristi pobuđeno stanje ispuštanja žive žive kako bi stvorio ultraljubičasto svjetlo, koje ima mnogo nedostataka kao što su velika potrošnja električne energije, velika proizvodnja topline, kratki vijek trajanja, spor odgovor i potencijalne opasnosti po sigurnost. Novi izvor dubokog ultraljubičastog svjetla koristi princip emitiranja svjetla (LED) koji ima brojne prednosti u odnosu na tradicionalne žive žarulje. Najvažnija prednost je što ne sadrži otrovnu živu. S provođenjem Konvencije Minamata, to ukazuje da će upotreba ultraljubičastih svjetiljki koje sadrže živu biti potpuno zabranjena 2020. godine. Stoga, kako razviti novi ekološki prihvatljiv i učinkovit izvor ultraljubičastog svjetla postao je važan izazov s kojim su suočeni ljudi. ,
Duboke ultraljubičaste LED diode (DUV LED) temeljene na poluvodičkim materijalima širokog opsega (GaN, AlGaN) postali su jedini izbor za ovu novu aplikaciju. Ovaj potpuno svjetlosni sustav izvora svjetlosti je male veličine, velike učinkovitosti i dugog vijeka trajanja. Samo čip veličine poklopca palca, on može emitirati ultraljubičastu svjetlost jaču od žive žive. Tajanstvenost toga uglavnom ovisi o poluvodičkom materijalu izravne trake i razmaku nitrida iz skupine III: elektroni u provodnom pojasu i rupice u valentnom pojasu rekombiniraju, stvarajući tako fotone. Energija fotona ovisi o zabranjenoj širini trake materijala. Znanstvenici mogu precizno realizirati emisiju različitih valnih duljina prilagodbom sastava elemenata u ternarnom spoju kao što je AlGaN. Međutim, nije uvijek lako postići visoku učinkovitost svjetlosti UV zraka. Istraživači su otkrili da kad se elektroni i rupe rekombiniraju, fotoni ne nastaju uvijek. Ova se učinkovitost naziva internom kvantnom učinkovitošću (IQE).
Istraživačka skupina Sun Haiding and Long Shibing na školi mikroelektronike, Kinesko sveučilište za znanost i tehnologiju, te Guo Wei i Ye Jichun iz Ningbo instituta za materijale Kineske akademije znanosti otkrili su da bi to trebalo povećati IQE vrijednost UV LED-a, supstrat koji se može uzgajati kroz AlGaN-materijale-safir Al2O3 kontrolira se pod uglom nagiba. Istraživači su otkrili da se, kada se kut nagiba supstrata poveća, dislokacije unutar UV LED-a značajno suzbijaju, a svjetlosni intenzitet uređaja značajno poboljšava. Kada prekriveni supstrat dostigne 4 stupnja, intenzitet fluorescentnog spektra uređaja povećava se za red veličine, a unutarnja kvantna učinkovitost doseže rekordnih 90%.
Za razliku od tradicionalne UV LED strukture, debljina potencijalnog bušotina i barijera u višeslojnom kvantnom bušotini (MQW) nije jednolika u sloju koji emitira svjetlost unutar ove nove strukture. Uz pomoć prijenosne elektronske mikroskopije visoke rezolucije, istraživači su mogli analizirati kvantne strukture bušotine na samo nekoliko nanometara na mikroskopskoj skali. Studije pokazuju da će se na koraku supstrata atomi galija (Ga) agregirati, što rezultira sužavanjem lokaliziranog energetskog pojasa, a kako film raste, regije bogate Ga i Al proširit će se na DUV LED. Površina, ispletena i savijena u trodimenzionalnom prostoru, tvoreći trodimenzionalnu multi-kvantnu strukturu bušotine.
Istraživači nazivaju ovu posebnu pojavu: fazno odvajanje elemenata Al i Ga i lokalizacija nosača. Vrijedi naglasiti da se u plavom LED sustavu koji se temelji na InGaN In ne može 100% pomiješati s Ga, što rezultira In i Ga područjima bogatim u materijalu, što rezultira lokalnim stanjima i promovira učitavanje. Radijativna rekombinacija nosača. Međutim, u AlGaN materijalnim sustavima rijetko se vidi fazno odvajanje Al i Ga. Jedan od važnih značaja ovog rada je taj što je način rasta materijala umjetno podešen kako bi se pospješilo razdvajanje faza i na taj način uvelike poboljšalo karakteristike emitiranja svjetla.
Optimizirajući prilagodbu epitaksijalnog rasta na podlozi od 4 stupnja, istraživači su istražili optimalnu DUV LED strukturu. Životni vijek ove strukture prelazi 1,60 ns, što je općenito manje od 1ns u tradicionalnim uređajima. Daljnjim testiranjem svjetlosne snage čipa, istraživači su otkrili da je njegova ultraljubičasto svjetlosna snaga veća od dvostruke snage od tradicionalnih uređaja zasnovanih na podlozi od 0,2 stupnjeva. To je izvjesniji dokaz da AlGaN materijali mogu postići učinkovito odvajanje faza i lokalizaciju nosača. Osim toga, eksperimentalisti su simulirali i fenomen razdvajanja faza u više kvantnih jažica AlGaN i učinke neravnine potencijalne jažice i debljine barijere na svjetlosni intenzitet i valnu dužinu teorijskim proračunima. Teorijski proračuni dobro se podudaraju s eksperimentima.
Rezultate istraživanja zajednički su dovršili profesori Dai Jiangnan i Chen Changqing sa Sveučilišta za znanost i tehnologiju Huazhong, profesor Zhang Zihui sa Hebei tehnološkog sveučilišta i profesor Boon Ooi i profesor Iman Roqan sa Sveučilišta za znanost i tehnologiju King Abdullah. Istraživači vjeruju da će ovo istraživanje pružiti nove ideje za razvoj visoko učinkovitih izvora UV svjetlosti u čvrstom stanju. Ova ideja ne zahtijeva skupe podloge s uzorkom ili komplicirane procese rasta epitaksija. I samo se oslanjajući na podešavanje kuta nagiba podloge i podudaranje i optimizaciju parametara epitaksijalnog rasta, očekuje se da će se svjetlosne karakteristike UV LED poboljšati do razine koja je usporediva s onom plavih LED-ova, postavljajući test za velike primjene dubokih UV LED dioda velike snage i teorijske osnove. Srodni rezultati su pod naslovom "Nedvosmisleno poboljšana ultraljubičastog svjetlosnog stanja AlGaN valovitih kvantnih konstrukcija bušotina narasli na velikom misorentificiranom safirnom supstratu" i objavljeni na mreži u Napredni funkcionalni materijali (DOI: 10.1002 / adfm. 201905445).