綠光LED新材料能解決“綠色鴻溝”難題

　　英國劍橋大學(xué)(University of Cambridge)與2家半導(dǎo)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(fā)光材料，希望能解決綠光部分材料因轉(zhuǎn)換效率不佳而出現(xiàn)的綠色鴻溝(greengap)問題。

　　Electronics Weekly網(wǎng)站報導(dǎo)，這次合作一共結(jié)合劍橋大學(xué)、Plessey Semi半導(dǎo)體公司與Anvil Semi等2家半導(dǎo)體公司。

　　據(jù)Plessey經(jīng)理DaveWallis所言，傳統(tǒng)6邊GaN，電場會出現(xiàn)在結(jié)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(yīng)(Quantum Confine Stark Effect)。而且一旦銦(indium)的量增加時，該效應(yīng)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(yīng)已成為綠光GaN LED有效發(fā)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(yīng)便無法繼續(xù)阻礙制造光子。該效應(yīng)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(nèi)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(jié)省銦的使用，但也有其缺點。因為在GaN，3C結(jié)晶晶格在熱力學(xué)上較不穩(wěn)定，因此在達到可成長磊晶的溫度時，只有六邊結(jié)晶可形成，除非能量平衡可透過人工加以調(diào)整，所幸Anvil半導(dǎo)體目前已研發(fā)出方法。采用該公司發(fā)明的成長立方碳化硅(cubic silicon carbide)方法，其晶格常數(shù)已與立方GaN相當(dāng)接近，讓立方結(jié)晶可以順利成長。

　　Wallis透露，劍橋大學(xué)已成功成長立方結(jié)構(gòu)低于99%的GaN并在材料上成長量子井，未來該校將繼續(xù)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(zhuǎn)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(xué)熟知的晶圓成長六邊GaN技術(shù)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(xué)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(yù)計2016年9月可生產(chǎn)出綠光立方GaN LED。

　　至于發(fā)光效率如何，Wallis預(yù)期綠光效率能與藍光一致。他并指出，由于這次聯(lián)盟采用6寸晶圓，因此，將可催生采用150mm的綠光LED制程。