Nieuwe Japanse led geeft recorddiep ultraviolet licht

Een nieuw type led, ontwikkeld in Japan, straalt dieper in het ultraviolette gebied dan ooit. Fysici van het NTT-laboratorium voor fundamenteel onderzoek in Atsugi hebben een led van aluminiumnitride gemaakt die uv-licht uitzendt bij een golflengte van 210 nanometer. Dit is in het verre ultraviolet, onzichtbaar voor het menselijk oog (Nature, 18 mei).

Een led (light-emitting diode) bestaat uit twee plakjes halfgeleidend materiaal tegen elkaar. Het ene plakje, 'n-type' geheten (n staat voor negatief), bevat in het kristal 'extra' elektronen die voor stroomgeleiding zorgen, terwijl het andere plakje ('p-type') juist 'gaten' bevat: plekken in het kristal waar een elektron had moeten zitten. Die gaten kunnen, net als de elektronen, door het kristal wandelen. Zodra op het scheidingsvlak tussen n-type en p-type een elektron en een gat elkaar ontmoeten, duikt het extra elektron in het gat. Daarbij verdwijnen beide onder uitzending van licht. De kleur van dat licht hangt af van het halfgeleidermateriaal. Er bestaan leds in alle drie de primaire kleuren (rood, groen en blauw), en ook in het infrarood en ultraviolet.

Leds gemaakt van aluminiumnitride zenden uit in het ultraviolet. Probleem met dit materiaal is dat het 'dopen' van het kristal met vreemde atomen, die een elektron te veel of te weinig hebben, lastig op gecontroleerde wijze is te verwezenlijken. Een kristal van aluminiumnitride bevat normaliter veel foutjes: plaatsen waar de regelmaat in het rooster verbroken is, of waar andere atomen (verontreinigingen) de plaats van aluminium of stikstof hebben ingenomen. Yoshitaka Taniyasu en zijn medewerkers hebben deze technische hobbel genomen door de condities waaronder het aluminiumnitride-kristal groeit aan te passen.

Technische toepassingen van de nieuwe uv-led komen pas in beeld als aan twee voorwaarden is voldaan, aldus een commentator in Nature. In de eerste plaats moet de efficiëntie (het percentage van de toegevoerde elektrische energie die wordt omgezet in uv-licht) met een factor een miljoen omhoog. Deze verbetering vereist een hogere kwaliteit aluminiumnitride-kristallen, waarbij de lagen zorgvuldiger op elkaar zijn gestapeld. In de huidige staat bedraagt het uitgestraalde vermogen aan uv-licht slechts 0,02 microwatt.

In de tweede plaats moet het voltage waarbij de uv-led opereert fors omlaag. De Japanners gebruikten 25 volt en dat is voor schakelingen op batterijtjes veel te hoog. De remedie moet hier komen van het veel zorgvuldiger doseren over het kristal van de verontreinigingen.

Dirk van Delft

    • Dirk van Delft