绿光LED新材料能解决“绿色鸿沟”难题

 

　　Electronics Weekly网站报导，这次合作一共结合剑桥大学、Plessey Semi半导体公司与Anvil Semi等2家半导体公司。

 

　　据Plessey经理DaveWallis所言，传统6边GaN，电场会出现在结晶c面（c-plane）上，虽有利于制造晶体管，但在制造LED时则会将形成光子的电子与电洞分开，因而形成所谓史坦克效应（Quantum Confine Stark Effect）。而且一旦铟（indium）的量增加时，该效应便会加剧，但由于增加铟的机制是为了拉长GaN LED波长，换句话说，该效应已成为绿光GaN LED有效发射光子的主要障碍。

 

　　不过，Wallis指出，若改采立方GaN由于其对称性会改变，电场也会消失，让该效应便无法继续阻碍制造光子。该效应是否是造成绿色鸿沟唯一元凶目前没有定论，但采用立方GaN的绿光LED其内部与外部量子效率较佳，每单位电子也可形成更多光子。

 

　　Wallis还指出，使用立方GaN另一益处则是绿光LED能隙比六边GaN还低200mV，因此可节省铟的使用，但也有其缺点。因为在GaN，3C结晶晶格在热力学上较不稳定，因此在达到可成长磊晶的温度时，只有六边结晶可形成，除非能量平衡可透过人工加以调整，所幸Anvil半导体目前已研发出方法。采用该公司发明的成长立方碳化硅（cubic silicon carbide）方法，其晶格常数已与立方GaN相当接近，让立方结晶可以顺利成长。

 

　　Wallis透露，剑桥大学已成功成长立方结构低于99%的GaN并在材料上成长量子井，未来该校将继续在量子井附近成长N与P型层，以便形成可透过偏压将电子转换成光子的二极管。

 

　　评论指出，Anvil制程另一好处，是可在成本较低矽晶圆上成长立方碳化硅，而且剑桥大学熟知的晶圆成长六边GaN技术也已售给Plessey，后者也开始使用在制造蓝光与白光LED上。未来等到N与P型层在剑桥大学集成后，晶圆会送至Plessey厂房并开始沈积电极，以便形成可运行的绿光LED。目前3方合作已进入第3个月，预计2016年9月可生产出绿光立方GaN LED。

 

　　至于发光效率如何，Wallis预期绿光效率能与蓝光一致。他并指出，由于这次联盟采用6寸晶圆，因此，将可催生采用150mm的绿光LED制程。