科學研究發現:加入硼可以增加 LED 發光效率

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 。這項研究已經刊登於應用物理學快報 (Applied Physics Letters)。
 
發光二極體 (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,通電後具有正電性質的電洞 (hole) 會和電子 (electron) 結合並產生光,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像中容易。
 
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於氮化銦鎵的波長,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。
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