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綠光LED新材料能解決“綠色鴻溝”難題

放大字體  縮小字體 發布日期:2016-02-17 來源:臺灣電子時報瀏覽次數:268
   英國劍橋大學(University of Cambridge)與2家半導體公司日前合作利用立方氮化鎵(cubic GaN;或稱3C GaN)材料,做為綠光LED發光材料,希望能解決綠光部分材料因轉換效率不佳而出現的綠色鴻溝(greengap)問題。

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  Electronics Weekly網站報導,這次合作一共結合劍橋大學、Plessey Semi半導體公司與Anvil Semi等2家半導體公司。
 
  據Plessey經理DaveWallis所言,傳統6邊GaN,電場會出現在結晶c面(c-plane)上,雖有利于制造晶體管,但在制造LED時則會將形成光子的電子與電洞分開,因而形成所謂史坦克效應(Quantum Confine Stark Effect)。而且一旦銦(indium)的量增加時,該效應便會加劇,但由于增加銦的機制是為了拉長GaN LED波長,換句話說,該效應已成為綠光GaN LED有效發射光子的主要障礙。
 
  不過,Wallis指出,若改采立方GaN由于其對稱性會改變,電場也會消失,讓該效應便無法繼續阻礙制造光子。該效應是否是造成綠色鴻溝唯一元兇目前沒有定論,但采用立方GaN的綠光LED其內部與外部量子效率較佳,每單位電子也可形成更多光子。
 
  Wallis還指出,使用立方GaN另一益處則是綠光LED能隙比六邊GaN還低200mV,因此可節省銦的使用,但也有其缺點。因為在GaN,3C結晶晶格在熱力學上較不穩定,因此在達到可成長磊晶的溫度時,只有六邊結晶可形成,除非能量平衡可透過人工加以調整,所幸Anvil半導體目前已研發出方法。采用該公司發明的成長立方碳化硅(cubic silicon carbide)方法,其晶格常數已與立方GaN相當接近,讓立方結晶可以順利成長。
 
  Wallis透露,劍橋大學已成功成長立方結構低于99%的GaN并在材料上成長量子井,未來該校將繼續在量子井附近成長N與P型層,以便形成可透過偏壓將電子轉換成光子的二極管。
 
  評論指出,Anvil制程另一好處,是可在成本較低矽晶圓上成長立方碳化硅,而且劍橋大學熟知的晶圓成長六邊GaN技術也已售給Plessey,后者也開始使用在制造藍光與白光LED上。未來等到N與P型層在劍橋大學集成后,晶圓會送至Plessey廠房并開始沈積電極,以便形成可運行的綠光LED。目前3方合作已進入第3個月,預計2016年9月可生產出綠光立方GaN LED。
 
  至于發光效率如何,Wallis預期綠光效率能與藍光一致。他并指出,由于這次聯盟采用6寸晶圓,因此,將可催生采用150mm的綠光LED制程。
 
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關鍵詞: 綠色LED新材料
 
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