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

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)方法并不能得出高效的紅光LED和綠光LED。

盡管綠光LED和雷射技術(shù)多有進(jìn)展，研究人員還是無法克服氮化銦鎵中銦含量30%的極限問題，并且原因不明，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)對銦含量受限的問題作出解釋，并進(jìn)一步說明這一局限的發(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，材料品質(zhì)也更佳。

不過，在該排序下的銦含量僅能達(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。