沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的研究人員成功地制造了基于自然發(fā)藍(lán)光的半導(dǎo)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(shù)的主流。

阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（英語(yǔ)：King Abdullah University of Science and Technology，簡(jiǎn)稱：KAUST，是一所國(guó)際化研究型大學(xué)，其創(chuàng)辦宗旨是促進(jìn)全球的科技研究水準(zhǔn)，建校時(shí)的捐贈(zèng)總額達(dá)100億美元。現(xiàn)任校長(zhǎng)為陳繁昌。香港數(shù)學(xué)家陳繁昌為前任香港科技大學(xué)校長(zhǎng)，曾任美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)助理會(huì)長(zhǎng)（2006-2009），亦曾任加州大學(xué)洛杉磯分校自然科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)（2001-2006）。

LED是由半導(dǎo)體制成的光源，在節(jié)能、更小的尺寸和更長(zhǎng)的使用壽命方面，對(duì)傳統(tǒng)的可見(jiàn)光源進(jìn)行了改進(jìn)。LED可以在整個(gè)光譜范圍內(nèi)發(fā)射，從紫外線到藍(lán)色（B），綠色（G），紅色（R）到紅外線。微型RGB設(shè)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(lán)光集成到單個(gè)LED芯片中。當(dāng)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(lán)色和綠色LED由氮化銦鎵（InGaN）半導(dǎo)體制成。集成兩個(gè)材料系統(tǒng)很困難。研究人員、論文第一作者、華人科學(xué)家、莊哲（Zhe Zhuang）說(shuō)：“創(chuàng)建RGB顯示器需要將單獨(dú)的藍(lán)色、綠色和紅色LED一起傳質(zhì)。”一個(gè)更簡(jiǎn)單的解決方案是在單個(gè)半導(dǎo)體芯片上全部創(chuàng)建不同顏色的LED。

如圖所示該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種氮化銦鎵紅色LED結(jié)構(gòu)，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(dǎo)體無(wú)法發(fā)出藍(lán)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(guò)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(lán)色變?yōu)榫G色、黃色和紅色、并已預(yù)測(cè)氮化銦鎵紅色LED的性能要優(yōu)于當(dāng)前的磷化銦鎵LED。

該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功地通過(guò)大學(xué)的的納米制造設(shè)施，生長(zhǎng)出高質(zhì)量的富含銦的氮化銦鎵，以制造紅色LED。

該團(tuán)隊(duì)還使用銦錫氧化物（ITO）1薄膜開(kāi)發(fā)了出色的透明電觸點(diǎn)，該薄膜允許電流通過(guò)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(shí)現(xiàn)低電阻和高透射率。”該團(tuán)隊(duì)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(xì)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(huì)影響輸出光功率并導(dǎo)致不同的色彩印象，從而使其對(duì)于實(shí)際設(shè)備性能至關(guān)重要。

莊說(shuō)，“氮化銦鎵紅色LED的一個(gè)關(guān)鍵缺點(diǎn)是它們?cè)诟邷叵逻\(yùn)行時(shí)不穩(wěn)定，”“因此，我們創(chuàng)建了不同設(shè)計(jì)的氮化銦鎵紅色LED，以在高溫下實(shí)現(xiàn)非常穩(wěn)定的紅光氮化銦鎵源?！彼麄冮_(kāi)發(fā)了一種氮化銦鎵紅色LED結(jié)構(gòu)，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(yīng)用物理通訊》上。