中科院专家利用应变量子点使LED发白光

中国科学院的陈弘与其研究团队利用晶格松弛(latticerelaxation)的特性，来控制氮化鎵/氮化銦鎵(GaN/InGaN)量子阱中銦的沉淀(precipitation)，能让氮化銦鎵(InGaN)芯片发出的光由绿转白，制作出白光LED。

在科学院的组件中，量子阱的发光波长约为440nm，量子点则发出545 nm或波长更长的光。额外的銦沉淀可以增加量子点的大小与密度，除了让原始量子点的发光峰值波长变长外，在495nm处也会产生另一个峰。

该研究团队在GaN/InGaN量子阱的底部加入一层InGaN，原本是用来收集载子，以提高发光强度。在研究过程中，他们尝试在LED外延片底部沉积晶格部分松弛的InGaN厚膜，结果发现改变InGaN层的厚度，会影响GaN晶体中的应变(strain)分佈，进而改变量子点的浓度。当底层厚度为160、190及220 nm时，芯片发光的顏色分别为绿光、黄绿光及白光。

由电激发光光谱(Electroluminescentspectra)可以发现，第一颗LED的发光波长有两个，其它两颗则为三个。三颗LED底层的含銦比例都是4.4%，其中底层最薄的LED保留有最多的双轴应变(biaxial-strain)，陈弘等人推算其InGaN层的晶格松弛比率约为9.6%，相形之下，底层最厚者的松弛比高达64.4%。

研究人员利用穿透式电子显微镜(TEM)观察发现，InGaN底层最薄时，由于结构较完整，因此应变会降低含銦量子点的沉淀。这个方法的缺点在于当底层厚度增加时，激发光强度会降低。陈弘等人认为这是因为高度晶格松弛引起的错位(dislocations)变成非辐射復合(non- radiativerecombination)的中心。

项目负责人陈弘指出，这项技术若要达到商业化量产白光LED，还必需先克服一致性(uniformity)与再现性(reproducibility)的问题。因为，波长的再现性取决于nGaN底层的成份及厚度，因此对长晶温度十分敏感。