物理学者は、5倍の光強度を備えたナノワイヤベースのLEDを開発しています

• 研究者は、ナノワイヤーと特殊なタイプのシェルを使用して、紫外線発光ダイオードを構築します。
• 従来のシェル設計に基づいて、LEDの5倍の光強度を生成します。

紫外線発光ダイオード（UV LED）は、浄水、分光法、フォトポリマー硬化、医療消毒など、ますます多くのアプリケーションで使用されています。

ナノワイヤをベースにしたディープUVLEDは、ナノスケールのサイズと離散的な性質に関連する新しい機能を提供できるため、最近多くの注目を集めています。たとえば、単一ナノワイヤLEDを使用して、サブ回折光リソグラフィー用の新しいシステムを構築できます。これは、ウェーハレベルリソグラフィー用のピクセル化されたアレイにスケールアップできます。

最近、米国国立標準技術研究所の研究者は、特殊なタイプのシェルを使用して、従来のシェル設計に基づくLEDの5倍の光強度を生成するナノワイヤベースのUVLEDを開発しました。

彼らはどのようにそれをしましたか？

最近、チームは、シリコンをドープした硝酸ガリウム（余分な電子を含む）で作られたナノワイヤコアを、マグネシウムをドープした硝酸ガリウム（失われた電子のための余分な「穴」を含む）で作られたシェルで囲んだものに取り組んでいます。正孔が電子と融合すると、かなりの量のエネルギーが光の形で放出されます。このプロセスはエレクトロルミネッセンスと呼ばれます。

2017年に、彼らは、シェル層に電子を注入して正孔と融合し、最終的に高強度の光を生成することを含む硝酸ガリウムLEDを明らかにしました。新しいLEDは同じように機能しますが、今回は研究者がシェル層に少量のアルミニウムを追加した点が異なります。

参照：NanoTechnology | doi：10.1088 / 1361-6528 / ab07ed | NIST

アルミニウムは、電子のオーバーフローと光の再吸収によって発生する損失を最小限に抑えます。より具体的には、それは電流内に非対称性をもたらし、電子がシェル層に移動するのを防ぎます。これにより、正孔と電子がナノワイヤのコアに閉じ込められ、5倍の光強度が得られます。

ナノワイヤーベースのLED |シェル層（黒）に少量のアルミニウムを組み込むと、正孔と電子がナノワイヤのコア（多色領域）に閉じ込められ、強い光が生成されます。研究者の礼儀

研究者たちは、いわゆる「p-i-n」構造を使用して、ナノワイヤからLEDを製造しました。この構造は、電子と正孔をナノワイヤに注入するための3層設計を表しています。

ナノワイヤの直径が大きいほど、製造された構造により多くのアルミニウムを組み込むことができます。この研究で開発されたナノワイヤーの長さは440ナノメートル、シェルの厚さは40ナノメートルでした。結果として得られたLEDはほぼ10倍大きかった。

テクノロジーの実装

チームはすでに、半導体ナノ構造の安全で非接触なテストのために、LEDとマイクロ波走査型プローブ顕微鏡を統合するデバイスの特許を取得しています。また、細胞構造やタンパク質のアンフォールディングの研究にも使用できます。

この研究で調査された構造は、キャリアの閉じ込めに必要なおおよその組成を対象としていましたが、アルミニウムの割合が高いと、研究者が波長を構成し、硝酸ガリウムコアの発光/偏光を制御するのに役立つ可能性があります。ただし、それは今後の作業の対象となります。

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現在、研究者は2つの民間組織と協力して、ナノワイヤベースのマイクロLEDを開発しています。それらの1つは、ドーパントと構造特性評価技術を構築することに同意しました。チームはまもなくプロトタイプLEDツールのデモを行います。