La eficacia y seguridad de la iluminación ultravioleta (UV) en aplicaciones críticas como la desinfección, la purificación del agua y tratamientos médicos, dependen en gran medida de la pureza espectral y la eficiencia de las fuentes de luz empleadas. Los diodos emisores de luz (LEDs) basados en AlxGa1-xN han surgido como candidatos prometedores en el espectro del UVC lejano, un rango particularmente efectivo para la inactivación de microorganismos sin dañar tejidos humanos. Sin embargo, estos dispositivos enfrentan desafíos significativos relacionados con la eficiencia y la emisión espectral, particularmente debido a la luminescencia parasitaria inducida por defectos puntuales.
El grupo de investigación del Instituto Ferdinand-Braun (FBH), en colaboración con la Universidad Otto-von-Guericke Magdeburg, ha realizado descubrimientos cruciales para entender y mitigar la emisión parasitaria en LEDs de UVC lejano. Este avance se basa en la identificación precisa de las fuentes de luminescencia no deseada, lo que abre el camino hacia la mejora de la eficiencia y la pureza espectral de estos dispositivos.
Comprendiendo la fuente de luminescencia parasitaria
Mediante el uso de técnicas avanzadas de microscopía electrónica de transmisión (TEM) combinadas con catodoluminiscencia (CL), los investigadores han podido visualizar con alta resolución la estructura transversal de los heteroestructuras de LEDs y, simultáneamente, mapear la distribución de intensidad lumínica. Este enfoque ha permitido la identificación de defectos relacionados con el oxígeno en las capas de AlN y n-AlGaN como principales contribuyentes a la emisión UVA parasitaria.
El análisis detallado revela que la emisión no deseada, lejos de ser un subproducto inalterable de la fabricación de LEDs, puede ser efectivamente rastreada hasta defectos puntuales específicos asociados con la presencia de oxígeno. La implicación de este descubrimiento es doble: por un lado, proporciona un objetivo claro para la optimización de procesos de fabricación; por otro lado, ofrece una vía para mejorar significativamente la eficiencia y la seguridad de los LEDs de UVC lejano para aplicaciones sensibles.
Hacia la optimización de la fabricación
El estudio sugiere que la metodología de fabricación de las plantillas de AlN/zafiro y la densidad de defectos de las mismas juegan un papel crucial en la formación de defectos puntuales durante el crecimiento de la heteroestructura. Este entendimiento ofrece una nueva dimensión de control sobre la eficiencia y la pureza espectral de los LEDs de UVC lejano mediante la adaptación de las condiciones previas al crecimiento y los métodos de fabricación de las plantillas.
La clave para avanzar hacia LEDs de UVC lejano más eficientes y confiables radica en la capacidad de minimizar la formación de defectos durante el proceso de crecimiento. Este objetivo no solo es alcanzable sino que se ve facilitado por el detallado mapeo de defectos proporcionado por las técnicas de TEM-CL, permitiendo a los fabricantes ajustar procesos y materiales con precisión nunca antes posible.
Implicaciones y Futuro
La investigación del FBH y sus colaboradores no solo arroja luz sobre los mecanismos subyacentes a la emisión parasitaria en LEDs de UVC lejano sino que también traza un camino hacia la solución de este desafío. Con implicaciones que van desde la mejora de la eficiencia energética hasta la ampliación de la vida útil y la reducción de riesgos en aplicaciones críticas, el trabajo representa un paso significativo hacia la optimización de la tecnología LED de UVC lejano.
Este avance es particularmente relevante en el contexto actual, donde la demanda de soluciones de desinfección eficientes y seguras ha aumentado exponencialmente. Los LEDs de UVC lejano, con su potencial para desinfectar sin dañar tejidos vivos, están en la vanguardia de esta demanda, y los esfuerzos para mejorar su eficiencia y pureza espectral son más importantes que nunca.
«Origin of the parasitic luminescence of 235 nm UVC LEDs grown on different AlN templates», accepted for publication in Applied Physics Letters Dec. 2023. S. Hagedorn, T. Kolbe, G. Schmidt, F. Bertram, C. Netzel, A. Knauer, P. Veit, J. Christen, M. Weyers,
Imágenes: FBH
