Les diodes électroluminescentes ultraviolettes profondes (DUV-LED) fabriquées à partir de nitrure d'aluminium et de gallium (AlGaN) transfèrent efficacement l'énergie électrique en énergie optique en raison de la croissance de l'une de ses couches inférieures de manière progressive. Cette trouvaille, publié dans la revue Lettres de physique appliquée , peut conduire au développement de LED encore plus efficaces.

Les LED DUV à base d'AlGaN font l'objet de nombreuses recherches en raison de leur utilisation potentielle dans la stérilisation, purification de l'eau, photothérapie, et la communication optique à grande vitesse indépendante de la lumière du soleil. Les scientifiques étudient des moyens d'améliorer leur efficacité dans la conversion de l'énergie électrique en énergie optique.

Kazunobu Kojima de l'Université du Tohoku est spécialisé dans l'optoélectronique quantique, qui étudie les effets quantiques de la lumière sur les matériaux semi-conducteurs à l'état solide. Lui et ses collègues au Japon ont utilisé diverses techniques microscopiques spécialisées pour comprendre comment la structure des LED à base d'AlGaN affecte leur efficacité.

Ils ont fabriqué une LED à base d'AlGaN en faisant croître une couche de nitrure d'aluminium sur un substrat de saphir avec un très petit angle de décalage d'un degré. Prochain, ils ont fait croître une couche de revêtement d'AlGaN avec des impuretés de silicium au-dessus de la couche de nitrure d'aluminium. Trois « puits quantiques » d'AlGaN ont ensuite été développés par-dessus. Les puits quantiques sont des couches très minces qui confinent des particules subatomiques appelées électrons et trous dans la dimension perpendiculaire à la surface des couches, sans restreindre leur mouvement dans les autres dimensions. Le puits quantique supérieur a finalement été recouvert d'une couche de blocage d'électrons formée de nitrure d'aluminium et d'AlGaN avec des impuretés de magnésium.

Les investigations microscopiques ont révélé que des marches en terrasse se forment entre les couches inférieures de nitrure d'aluminium et d'AlGaN. Ces étapes affectent les formes des couches de puits quantiques au-dessus d'elles. Des bandes riches en gallium se forment qui relient les marches inférieures aux petites distorsions qu'elles provoquent dans les couches supérieures du puits quantique. Ces bandes représentent des microtrajets de courant électrique dans la couche de revêtement AlGaN. Ces microchemins, avec une forte localisation du mouvement des électrons et des trous dans les couches de puits quantiques, semble augmenter l'efficacité des LED dans la conversion de l'énergie électrique en énergie optique, disent les chercheurs.

L'équipe prévoit ensuite d'utiliser ces informations pour fabriquer des LED ultraviolettes profondes à base d'AlGaN plus efficaces, dit Kojima.