研究发现加入硼可解决LED发光效率下降现象

密西根研究团队11月发表最新研究,发现将化学元素硼(Boron)加入氮化铟镓 (INGan) 材料可以让LED半导体的中间层(middle layer)厚度变大,解决发光效率随着注入电流的提高而下降的现象。这项研究已经刊登于应用物理学快报(Applied Physics Letters)。
 
发光二极管(Light-emitting diode)半导体由带有正电性质的P型半导体和带有电子的N型半导体组合,通电后具有正电性质的电洞(hole) 会和电子(electron)结合并产生光,在中间层的所使用的材质将决定波长长短。
 
电子和电洞移动到中间层时,有太多的电子同时被挤压到中间层,会使其相互碰撞、无法有效的和电洞结合,降低发光效率,而这种情形又称之为欧格再结合(Auger recombination)。
 
而要解决这项问题的办法是增加中间层的厚度,好让电子和电洞有足够的空间;然而要增加中间层的厚度却没有想象中容易。
 
因为LED半导体是晶体状,原子间有其固定排列规则,而该特定间距又称为晶体参数(lattice parameter)。当晶体材料相互层叠生长时,它们的晶格参数必须相似,原子排列规则与材料连接处才能匹配,否则材料会变形。
 
研究者Williams和Kioupakis透过预测模型发现,将硼加入氮化铟镓,可以增加中间层的厚度,以利电子和电洞结合。BInGaN材料发出的光的波长也非常接近于氮化铟镓的波长,可以调整出不同的颜色。
 
这项研究是否能实际在实验室产出还是未知数,而究竟要掺入多少的的硼元素也是一项挑战,但是密西根研究团队的发现对新型LED的研发是一大贡献。




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