密西根研究團隊 11 月發表最新研究，發現將化學元素硼 (Boron) 加入氮化銦鎵 (INGan) 材料可以讓 LED 半導體的中間層 (middle layer) 厚度變大，解決發光效率隨著注入電流的提高而下降的現象 。這項研究已經刊登於應用物理學快報 (Applied Physics Letters)。

 

發光二極體 (Light-emitting diode) 半導體由帶有正電性質的 P 型半導體和帶有電子的 N 型半導體組合，通電後具有正電性質的電洞 (hole) 會和電子 (electron) 結合並產生光，在中間層的所使用的材質將決定波長長短。

 

電子和電洞移動到中間層時，有太多的電子同時被擠壓到中間層，會使其相互碰撞、無法有效的和電洞結合，降低發光效率，而這種情形又稱之為歐格再結合 (Auger recombination)。

 

而要解決這項問題的辦法是增加中間層的厚度，好讓電子和電洞有足夠的空間；然而要增加中間層的厚度卻沒有想像中容易。

 

因為 LED 半導體是晶體狀，原子間有其固定排列規則，而該特定間距又稱為晶體參數 (lattice parameter)。當晶體材料相互層疊生長時，它們的晶格參數必須相似，原子排列規則與材料連接處才能匹配，否則材料會變形。

 

研究者 Williams 和 Kioupakis 透過預測模型發現，將硼加入氮化銦鎵，可以增加中間層的厚度，以利電子和電洞結合。BInGaN 材料發出的光的波長也非常接近於氮化銦鎵的波長，可以調整出不同的顏色。

 

這項研究是否能實際在實驗室產出還是未知數，而究竟要摻入多少的的硼元素也是一項挑戰，但是密西根研究團隊的發現對新型 LED 的研發是一大貢獻。