美研究人员放大招,或可让LED达到零光衰?

伊利诺大学香槟分校研究人员发展出一种新的方法,提升绿光LED亮度并且提高其效率。

伊利诺大学的电气与计算机工程系助理教授Can Bayram发展出一种新的方法,提升绿光LED亮度并且提高其效率。(所有图片来源:伊利诺大学)

使用产业内标准的半导体长晶技术,研究人员在硅基板上制造氮化镓(GaN)晶体,这种晶体能够产生高功率的绿光,应用于固态照明。

伊利诺大学的电气与计算机工程系助理教授Can Bayram表示:“这是一个具有突破性的制程,研究人员成功在可调式的CMOS硅制程上生产新的原料,也就是方形氮化镓 (cubic GaN),这种原料主要用于绿色波长射极。”

将半导体用于感测以及通讯能够打开可见光通讯的应用,而光通讯正是彻底改变光应用的技术。支援CMOS制程的LED能够达到快速、高效率、低功率且多重应用的绿光LED同时能够省下许多制程装置的费用。

通常GaN形成一至两种晶体结构,六方形或立方体。六方形GaN为热稳定,且是传统半导体的应用。不过,六角形GaN较容易出现偏振现象,内部的电场将负电子与正电子分开,防止他们结合,因此而造成光输出效率下降。

截至目前为止,研究人员只能使用分子束外延(Molecular beam epitaxy)制造方形GaN,这样的制程非常昂贵且与MOCVD制程相较之下非常费时。

研究人员成功在可调式的CMOS硅制程上生产新的原料,也就是方形氮化镓 (cubic GaN),这种原料主要用于绿色波长射极。

Bayram表示:“微影技术(lithography)以及等向性蚀刻技术在硅上制造U行凹槽。这层非导电阻隔层扮演了将六角形塑型至方形的关键角色。我们的GaN没有内部的电场能够隔开电子,因此,可能会发生重叠问题,电子和凹洞更快速结合并制造光线。”

Bayram和Liu相信他们的方形GaN晶体可能可以成功让LED达到零光衰(droop)。对绿色、蓝色或UV LED而言,这些LED的发光效率都会随着通过电流的输入而逐渐衰退,也就是所谓的光衰。

这次的研究显示出偏振在光衰的问题中有举足轻重的地位,将电子推离凹槽,尤其是低输入电流的情况下。在零偏振的情况下,方形LED能够达成更厚的发光层并解决减少的电子和凹槽重叠以及电流过载。

效能较好的绿色LED将会成功打开新的LED固态照明应用。举例而言,这些LED将可借由混色发出白光并且达到节能效果。其他先进的应用也涵括利用无荧光的绿色LED制造超平行LED的应用、水中通讯以及例如光遗传学以及偏头痛等生物科技应用。


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