国际研究:InGaN量子井在LED的局限性

氮化铟镓(InGaN)是蓝光LED的关键材料,最近有国际研究团队发表有关氮化铟镓薄膜中铟(Indium)含量受限的核心机制,该研究在今年一月刊载于期刊《Physical Review Materials》上。
 
为了让III族氮化物LED发出RGB三原色中的红光和绿光,通常会增加氮化铟镓量子井(Quantum Wells)中的铟含量。不过最新的研究发现,以传统方法铟含量并不能得出高效的红光LED和绿光LED。
 
尽管绿光LED和激光技术多有进展,研究人员还是无法克服氮化铟镓中,铟浓度含量30%的极限问题,而且原因不明,无法断定是受到生长环境影响还是基本因素限制。直到今年1月,德国、波兰和中国研究员所组成的国际研究团队对铟含量受限的问题作出解释,并进一步说明此一局限的发生机制。
 
该研究指出,科学家为挑战铟含量极限,于是在氮化镓(GaN)上生长氮化铟(InN)单原子层,不过实验结果显示,铟的浓度含量一直停留在25% 到30%,而且无法继续上升,这显示铟含量受限并非受到环境影响,而是InN本身的限制机制。
 
研究人员使用先进的原子分辨透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)、反射式高能量电子绕射(Reflection High-Energy Electron Diffraction,RHEED)等方式来观察,发现当铟含量达到25%时,氮化铟镓单层呈现规律的排列分布,即铟单原子列和两个镓原子列交替排列。
 
经综合推论计算后可以得知,原子排序会因特定的表面重建(surface reconstruction)而有所影响,铟原子并非与三个原子键结,而是键结四个相邻的原子,这使得铟和氮原子之间产生了更强的化学键结,而这样的特性使氮化铟镓可以在更高温的环境下生长,材料质量也更佳。不过,在该排序下的铟含量仅能达到25%,而这也是在一般增长条件下所无法克服的限制。
 
研究团队中的Tobias Schulz博士表示,铟含量的局限性导致氮化镓铟无法激发出红光和黄绿光,因此需要新的方法加以解决。(文:LEDinside Annie)



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