เมื่อเร็ว ๆ นี้กลุ่มวิจัยของ Sun Haiding และ Long Shibing ของ School of Microelectronics ของ University of Science and Technology of China ได้ทำการพัฒนาความก้าวหน้าที่สำคัญของประสิทธิภาพการเรืองแสง UV LED เกี่ยวกับการใช้แซฟไฟร์พื้นผิวลบมุมควบคุมควอนตัมได้ดี เพื่อให้บรรลุการกักขังผู้ให้บริการสามมิติ
แม้ว่ารังสีอัลตราไวโอเลตจะมีพลังงานเพียง 5% ในแสงแดด แต่ก็ถูกใช้อย่างแพร่หลายในชีวิตมนุษย์ ในปัจจุบัน แสงอัลตราไวโอเลตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ บ่มด้วยแสง ฆ่าเชื้อ และฆ่าเชื้อ แหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตแบบดั้งเดิมมักใช้สภาวะตื่นเต้นของการปล่อยไอปรอทเพื่อสร้างรังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งมีข้อบกพร่องหลายอย่าง เช่น การเกิดความร้อนขนาดใหญ่ การใช้พลังงานสูง การตอบสนองช้า ช่วงชีวิตสั้น และอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้น แหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตลึกใหม่ใช้หลักการไดโอดเปล่งแสง (LED) ซึ่งมีข้อดีหลายประการเหนือหลอดปรอทแบบดั้งเดิม ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดในหมู่พวกเขาคือไม่มีธาตุปรอทที่เป็นพิษ การดำเนินการตาม"อนุสัญญา Minamata" คาดการณ์ว่าการใช้หลอดอัลตราไวโอเลตที่มีสารปรอทจะถูกยกเลิกโดยสิ้นเชิงในปี 2563 ดังนั้น การพัฒนาแหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพสูงจึงกลายเป็นความท้าทายที่สำคัญที่ผู้คนต้องเผชิญ
ด้วยเหตุนี้ ไดโอดเปล่งแสงอัลตราไวโอเลตแบบลึก (UV LEDs) ซึ่งใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบกว้าง (แกลเลียมไนไตรด์ อะลูมิเนียมแกลเลียมไนไตรด์) กลายเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานใหม่นี้ ระบบแหล่งกำเนิดแสงแบบโซลิดสเตตทั้งหมดนี้มีประสิทธิภาพสูง มีขนาดเล็ก และมีอายุการใช้งานยาวนาน มันเป็นเพียงเศษขนาดเท่าฝาครอบหัวแม่มือและสามารถเปล่งแสงอัลตราไวโอเลตได้ดีกว่าหลอดปรอท ความลึกลับที่นี่ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างแบนด์โดยตรงของ III-ไนไตรด์: เมื่ออิเล็กตรอนในแถบการนำไฟฟ้ารวมตัวกันอีกครั้งกับรูในแถบวาเลนซ์โฟตอนจะถูกสร้างขึ้น พลังงานของโฟตอนขึ้นอยู่กับช่องว่างแถบของวัสดุ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสามารถปรับองค์ประกอบองค์ประกอบในสารประกอบไตรภาคของอะลูมิเนียมแกลเลียมไนไตรด์ (AlGaN) เพื่อให้ได้ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของการปล่อยแสง อย่างไรก็ตาม การปล่อยแสง UV LED ที่มีประสิทธิภาพสูงไม่ใช่เรื่องง่ายเสมอไป นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าเมื่ออิเล็กตรอนและรูรวมตัวกันใหม่ โฟตอนจะไม่ถูกสร้างขึ้นเสมอไป ประสิทธิภาพนี้เรียกว่าประสิทธิภาพควอนตัมภายใน (IQE)
แตกต่างจากโครงสร้าง UV LED แบบดั้งเดิม ความหนาของหลุมที่มีศักยภาพและอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นในชั้นเปล่งแสงของโครงสร้างชนิดใหม่นี้ หลุมควอนตัมหลายชั้น (MQW) ไม่สม่ำเสมอ ด้วยความช่วยเหลือของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบฉายภาพที่มีความละเอียดสูง นักวิจัยสามารถวิเคราะห์โครงสร้างบ่อควอนตัมที่มีขนาดเพียงไม่กี่นาโนเมตรในระดับจุลทรรศน์ จากการศึกษาพบว่าอะตอมของแกลเลียม (Ga) จะรวมตัวกันที่ขั้นตอนของสารตั้งต้น ซึ่งทำให้แถบพลังงานในพื้นที่แคบลง และเมื่อฟิล์มโตขึ้น บริเวณที่อุดมด้วยแกลเลียมและบริเวณที่อุดมด้วย AI จะขยายไปถึง DUV LED พื้นผิวบิดเบี้ยวและโค้งงอในช่องว่างสามมิติเพื่อสร้างโครงสร้างหลุมควอนตัมหลายมิติสามมิติ นักวิจัยเรียกปรากฏการณ์พิเศษนี้ว่า การแยกเฟสขององค์ประกอบ AI และ Ga และการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นของพาหะ เป็นมูลค่าที่ชี้ให้เห็นว่าในระบบ LED สีน้ำเงินที่ใช้อินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ (lnGaN) ln และ Ga ไม่สามารถผสมกันได้ 100% ส่งผลให้บริเวณที่อุดมด้วย ln และ Ga-rich ภายในวัสดุส่งผลให้มีสถานะเป็นภาษาท้องถิ่นและได้รับการส่งเสริม กำลังโหลด การรวมตัวของกระแสการแผ่รังสี แต่ในระบบวัสดุ AlGaN การแยกเฟสของ Al และ Ga นั้นแทบจะมองไม่เห็น ความหมายที่สำคัญอย่างหนึ่งของงานนี้คือการปรับโหมดการเจริญเติบโตของวัสดุเทียม ส่งเสริมการแยกเฟส และปรับปรุงลักษณะการเปล่งแสงของอุปกรณ์อย่างมาก
งานวิจัยนี้จะให้แนวคิดใหม่สำหรับการวิจัยและพัฒนาแหล่งกำเนิดแสงยูวีแบบ all-solid-state ที่มีประสิทธิภาพสูง แนวคิดนี้ไม่ต้องการพื้นผิวที่มีลวดลายราคาแพงและกระบวนการเจริญเติบโตของ epitaxial ที่ซับซ้อน อาศัยเพียงการปรับมุมเอียงของพื้นผิวและการจับคู่และการเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์การเจริญเติบโตของ epitaxial คาดว่าคุณลักษณะการส่องสว่างของหลอด UV LED สามารถปรับปรุงให้มีความสูงเทียบได้กับ LED สีน้ำเงิน วางการทดลองสำหรับ การใช้งานขนาดใหญ่ของ LED UV แบบลึกกำลังสูงกำลังสูง และตามหลักทฤษฎี
