氮化銦鎵(InGaN)是藍(lán)光LED的關(guān)鍵材料,最近有國際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表有關(guān)氮化銦鎵薄膜中銦(Indium)含量受限的核心機(jī)制,該研究在今年一月刊載于期刊《Physical Review Materials》上。
為了讓III族氮化物L(fēng)ED發(fā)出RGB三原色中的紅光和綠光,通常會(huì)增加氮化銦鎵量子井(Quantum Wells)中的銦含量。不過最新的研究發(fā)現(xiàn),以傳統(tǒng)方法銦含量并不能得出高效的紅光LED和綠光LED。
盡管綠光LED和激光技術(shù)多有進(jìn)展,研究人員還是無法克服氮化銦鎵中,銦濃度含量30%的極限問題,而且原因不明,無法斷定是受到生長環(huán)境影響還是基本因素限制。直到今年1月,德國、波蘭和中國研究員所組成的國際研究團(tuán)隊(duì)對(duì)銦含量受限的問題作出解釋,并進(jìn)一步說明此一局限的發(fā)生機(jī)制。
該研究指出,科學(xué)家為挑戰(zhàn)銦含量極限,于是在氮化鎵(GaN)上生長氮化銦(InN)單原子層,不過實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,銦的濃度含量一直停留在25% 到30%,而且無法繼續(xù)上升,這顯示銦含量受限并非受到環(huán)境影響,而是InN本身的限制機(jī)制。
研究人員使用先進(jìn)的原子分辨透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM)、反射式高能量電子繞射(Reflection High-Energy Electron Diffraction,RHEED)等方式來觀察,發(fā)現(xiàn)當(dāng)銦含量達(dá)到25%時(shí),氮化銦鎵單層呈現(xiàn)規(guī)律的排列分布,即銦單原子列和兩個(gè)鎵原子列交替排列。
經(jīng)綜合推論計(jì)算后可以得知,原子排序會(huì)因特定的表面重建(surface reconstruction)而有所影響,銦原子并非與三個(gè)原子鍵結(jié),而是鍵結(jié)四個(gè)相鄰的原子,這使得銦和氮原子之間產(chǎn)生了更強(qiáng)的化學(xué)鍵結(jié),而這樣的特性使氮化銦鎵可以在更高溫的環(huán)境下生長,材料質(zhì)量也更佳。不過,在該排序下的銦含量?jī)H能達(dá)到25%,而這也是在一般增長條件下所無法克服的限制。
研究團(tuán)隊(duì)中的Tobias Schulz博士表示,銦含量的局限性導(dǎo)致氮化鎵銦無法激發(fā)出紅光和黃綠光,因此需要新的方法加以解決。