沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的研究人員成功地制造了基于自然發(fā)藍光的半導體氮化銦鎵的紅色LED，這種紅色LED與基于磷化銦鎵的發(fā)光二極管更穩(wěn)定，有望成為下一代顯示技術的主流。

阿卜杜拉國王科技大學（英語：King Abdullah University of Science and Technology，簡稱：KAUST，是一所國際化研究型大學，其創(chuàng)辦宗旨是促進全球的科技研究水準，建校時的捐贈總額達100億美元?，F(xiàn)任校長為陳繁昌。香港數(shù)學家陳繁昌為前任香港科技大學校長，曾任美國國家科學基金會助理會長（2006-2009），亦曾任加州大學洛杉磯分校自然科學學院院長（2001-2006）。

LED是由半導體制成的光源，在節(jié)能、更小的尺寸和更長的使用壽命方面，對傳統(tǒng)的可見光源進行了改進。LED可以在整個光譜范圍內(nèi)發(fā)射，從紫外線到藍色（B），綠色（G），紅色（R）到紅外線。微型RGB設備陣列，稱為微型LED（micro-LEDs），可用于制作鮮艷的彩色顯示器，這可以支撐下一代顯示器和電視。

微型LED發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)是將紅、綠和藍光集成到單個LED芯片中。當前的RGB LED由兩種材料組合而成：紅色LED由磷化銦鎵（InGaP）制成，而藍色和綠色LED由氮化銦鎵（InGaN）半導體制成。集成兩個材料系統(tǒng)很困難。研究人員、論文第一作者、華人科學家、莊哲（Zhe Zhuang）說：“創(chuàng)建RGB顯示器需要將單獨的藍色、綠色和紅色LED一起傳質(zhì)?！币粋€更簡單的解決方案是在單個半導體芯片上全部創(chuàng)建不同顏色的LED。

如圖所示該研究團隊開發(fā)了一種氮化銦鎵紅色LED結構，其輸出功率比磷化銦鎵紅色LED更穩(wěn)定。

由于氮化銦鎵半導體無法發(fā)出藍光或綠光，因此制造單片RGB 微型LED的唯一解決方案是使用氮化銦鎵。通過向混合物中引入更多的銦，這種材料有可能將其發(fā)射光從藍色變?yōu)榫G色、黃色和紅色、并已預測氮化銦鎵紅色LED的性能要優(yōu)于當前的磷化銦鎵LED。

該研究團隊已經(jīng)成功地通過大學的的納米制造設施，生長出高質(zhì)量的富含銦的氮化銦鎵，以制造紅色LED。

該團隊還使用銦錫氧化物（ITO）1薄膜開發(fā)了出色的透明電觸點，該薄膜允許電流通過其基于氮化銦鎵的琥珀色和紅色LED。 “我們已經(jīng)優(yōu)化了ITO膜的制造，以實現(xiàn)低電阻和高透射率?！痹搱F隊證明了這些特性極大地提高了氮化銦鎵紅色LED的性能。

他們還仔細研究了不同尺寸和不同溫度下的氮化銦鎵紅色LED。溫度的變化會影響輸出光功率并導致不同的色彩印象，從而使其對于實際設備性能至關重要。

莊說，“氮化銦鎵紅色LED的一個關鍵缺點是它們在高溫下運行時不穩(wěn)定，”“因此，我們創(chuàng)建了不同設計的氮化銦鎵紅色LED，以在高溫下實現(xiàn)非常穩(wěn)定的紅光氮化銦鎵源。”他們開發(fā)了一種氮化銦鎵紅色LED結構，其輸出功率比磷化銦鎵紅色LED2更穩(wěn)定。此外，其在高溫下的發(fā)射色移小于磷化銦鎵制造的一半。

該最新研究成果論文發(fā)表在最近的《應用物理通訊》上。