密西根研究團隊11月發表最新研究,發現將化學元素硼(Boron)加入氮化銦鎵 (INGan) 材料可以讓LED半導體的中間層(middle layer)厚度變大,解決發光效率隨著注入電流的提高而下降的現象。這項研究已經刊登于應用物理學快報(Applied Physics Letters)。
發光二極管(Light-emitting diode)半導體由帶有正電性質的P型半導體和帶有電子的N型半導體組合,通電后具有正電性質的電洞(hole) 會和電子(electron)結合并產生光,在中間層的所使用的材質將決定波長長短。
電子和電洞移動到中間層時,有太多的電子同時被擠壓到中間層,會使其相互碰撞、無法有效的和電洞結合,降低發光效率,而這種情形又稱之為歐格再結合(Auger recombination)。
而要解決這項問題的辦法是增加中間層的厚度,好讓電子和電洞有足夠的空間;然而要增加中間層的厚度卻沒有想象中容易。
因為LED半導體是晶體狀,原子間有其固定排列規則,而該特定間距又稱為晶體參數(lattice parameter)。當晶體材料相互層疊生長時,它們的晶格參數必須相似,原子排列規則與材料連接處才能匹配,否則材料會變形。
研究者Williams和Kioupakis透過預測模型發現,將硼加入氮化銦鎵,可以增加中間層的厚度,以利電子和電洞結合。BInGaN材料發出的光的波長也非常接近于氮化銦鎵的波長,可以調整出不同的顏色。
這項研究是否能實際在實驗室產出還是未知數,而究竟要摻入多少的的硼元素也是一項挑戰,但是密西根研究團隊的發現對新型LED的研發是一大貢獻。