Los diodos emisores de luz ultravioleta profunda (DUV-LED) hechos de nitruro de galio y aluminio (AlGaN) transfieren de forma eficiente energía eléctrica a energía óptica debido al crecimiento de una de sus capas inferiores de manera escalonada. Este hallazgo, publicado en la revista científica Applied Physics Letters, puede llevar a desarrollar LEDs aún más eficientes.
Los LEDs DUV basados en AlGaN están recibiendo mucha atención últimamente en el ámbito científico debido a su potencial uso en aplicaciones de esterilización, purificación de agua, fototerapia y comunicación óptica de alta velocidad. Y es por ello que muchos científicos están investigando formas de mejorar su eficiencia en cuanto a la conversión de energía eléctrica en energía óptica.
Kazunobu Kojima de la Universidad de Tohoku se especializa en optoelectrónica cuántica, y estudia los efectos cuánticos de la luz sobre materiales semiconductores en estado sólido. Él y sus colegas en Japón utilizaron una variedad de técnicas microscópicas especializadas para comprender cómo las estructuras de los LEDs basados en AlGaN afectan a su eficiencia.
Para ello, el equipo fabricó un LED basado en AlGaN al hacer crecer una capa de nitruro de aluminio sobre un sustrato de zafiro. A continuación, hicieron crecer una capa de revestimiento de AlGaN con impurezas de silicio en la parte superior de la capa de nitruro de aluminio. Finalmente tres “pozos cuánticos” de AlGaN se hicieron crecer sobre toda esta estructura. Los pozos cuánticos son capas muy finas que confinan partículas subatómicas llamadas electrones y agujeros dentro de la dimensión que es perpendicular a la superficie de las capas, sin restringir su movimiento en las otras dimensiones. El pozo cuántico superior se cubrió con una capa de bloqueo de electrones formada por nitruro de aluminio y AlGaN con impurezas de magnesio.
Las investigaciones microscópicas revelaron que se forman escalones entre las capas inferiores de nitruro de aluminio y AlGaN. Estos escalones afectan de forma significativa a las capas de pozos cuánticos sobre ellas. Se forman franjas ricas en galio que conectan los escalones inferiores con las pequeñas distorsiones que causan en las capas superiores de los pozos cuánticos. Estas bandas representan micropaths de corriente eléctrica en la capa de revestimiento de AlGaN. Según los investigadores, estos micropaths, junto con una fuerte localización del movimiento de electrones y huecos dentro de las capas de pozo cuántico, aumentan la eficiencia de los LED para convertir la energía eléctrica en energía óptica.
Los próximos planes del equipo de investigación pasan por usar esta información para fabricar LEDs ultravioletas profundas de AlGaN, concluye Kojima.
Créditos Imagen: ©Kazunobu Kojima
