一般來說,GaN會形成以下任兩種晶體結構之一:六方形或立方體的晶格結構。六方晶格結構的GaN具有熱力學穩定度,同時也是至今最傳統的半導體形式。然而,它很容易產生所謂的偏振現象,使其內部電場隔離負電荷電子與正電荷電洞,從而防止其相互結合,不過這也反而降低了光的輸出效率。

截至目前為止,研究人員能夠製造立方體GaN的唯一方式是使用分子束磊晶(MBE)。不過,相較於研究人員廣泛使用的金屬有機氣相沉積(MOCVD)法,分子束磊晶是一種極其昂貴且晶體生長緩慢的方法。

伊利諾大學香檳分校電子與電腦工程系助理教授Can Bayram和他的研究生Richard Liu利用微影與等向蝕刻技術製造立方晶格結構的GaN,在Si (100)結構上打造出U型槽。這種非導電層基本上可作為將六方形材料塑造成立方體形式的邊界。

20160816 LED NT01P1 六方形晶格變成立方體晶格結構的相位轉換。圖中的比例尺均為100nm。在U型Si(100)材料上生長立方體GaN的(a)橫截面;與(b)SEM俯視圖;以及在U型Si(100)材料上生長立方體GaN的(c)橫截面;與(d)EBSD俯視圖,以藍色顯示立方體GaN,並以紅色顯示六方形GaN

「我們的立方晶體GaN並沒有分隔電荷載子(電洞與電子)的內部電場,」Richard Liu解釋。「因此,他們可以重疊而且在發生重疊時,電子與電洞可快速結合而發光。」

根據研究人員介紹,新的立方晶體GaN的製造方法可能會導致LED從「下垂」中釋放出來,隨著更多的電流被注入,其發光效率也隨之降低。

這項主題為「在奈米壓印的Silicon (100)材料上最大化立方晶相氮化鎵表面覆蓋」(Maximizing Cubic Phase Gallium Nitride Surface Coverage on Nano-patterned Silicon (100))的研究已發表於《應用物理快報》(Applied Physics Letters)期刊中。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Making green LEDs more efficient and brighter,by Julien Happich )