前言 ：GaN(氮化鎵)系藍(lán)紫色發(fā)光組件可應(yīng)用于新世代DVD，因此備受相關(guān)業(yè)者高度期待，此外利用LED高輝度、省能源的發(fā)光特性，藍(lán)紫色發(fā)光組件未來(lái)還可取代傳統(tǒng)的白炙燈、熒光燈，成為白光照明燈源的主流。氮化鎵的格子缺陷很多卻能夠產(chǎn)生高輝度，主要原因是藉由奈米 技術(shù)控制組件結(jié)構(gòu)，使得組件的發(fā)光效率得以提高，進(jìn)而獲得高輝度。因此本文要深入探討氮化鎵發(fā)光的奧秘，與提高發(fā)光效率的方法。
　
白色發(fā)光二極管

利用GaN(氮化鎵)系半導(dǎo)體的白色發(fā)光二極管，做為新世代固態(tài)照明燈源是歷經(jīng)無(wú)數(shù)的轉(zhuǎn)折，十年前包含產(chǎn)官學(xué)研界幾乎未曾將半導(dǎo)體白色發(fā)光二極管納入考量，雖然有很多研究人員非常關(guān)心藍(lán)光LED的發(fā)展，卻都無(wú)視白光LED的應(yīng)用潛能。
97年利用藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光體(YAG；釔、鋁、石榴石、鈰的混合物)，再透過(guò)藍(lán)色與黃色熒光體的互補(bǔ)特性，產(chǎn)生二色式擬似白光的LED正式進(jìn)入量產(chǎn)，加上行動(dòng)電話的應(yīng)用促成白光LED全面性的普及，使得白光LED成為全球性的研究主流。
由于白光LED不需使用熒光燈常用的玻璃管、惰性氣體、水銀、變壓器、升壓器，所以可以大幅節(jié)省能源，取代熒光燈與白炙燈除了可節(jié)省能源之外，廢棄物的減少對(duì)地球環(huán)保也有莫大的助益。

97年日本通產(chǎn)省根據(jù)京都環(huán)保會(huì)議的省能源對(duì)策決議，組成「21世紀(jì)光源計(jì)劃小組」，并委托日亞化學(xué)與豐田合成進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，該計(jì)劃小組將近紫外LED的外部量子效率(以下簡(jiǎn)稱為取光效率)目標(biāo)定為40%，當(dāng)時(shí)藍(lán)光LED的取光效率為15%，紫外LED的取光效率祇有7.5%，目前紫外LED的取光效率則已經(jīng)超過(guò)31%，也因此使的高性能白光LED的量產(chǎn)誘因更加扎實(shí)，而21世紀(jì)光源計(jì)劃小組對(duì)全球白光LED的研究開發(fā)在提高取光效率的研發(fā)上扮演著更重要的角色。
　
有關(guān)格子缺陷

有關(guān)LED的基本動(dòng)作原理，具體而言是電流順時(shí)鐘方向通過(guò)半導(dǎo)體p-n(正孔與電子)接合面時(shí)，正孔與電子會(huì)注入奈米級(jí)厚度的活性層(亦稱為發(fā)光層)，進(jìn)而因輻射再結(jié)合過(guò)程(process)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。

利用混晶(亦稱化合物為半導(dǎo)體)InGaN產(chǎn)生高輝度藍(lán)光或是綠光的LED雖然已經(jīng)進(jìn)入商品化，可是有關(guān)發(fā)光機(jī)制傳統(tǒng)的半導(dǎo)體物性物理學(xué)理，卻無(wú)法具體說(shuō)明因原因而屢遭質(zhì)疑。其實(shí)不論是LED或是半導(dǎo)體雷射LD等發(fā)光組件(device)，通常都具有 以上的格子缺陷，格子缺陷會(huì)阻礙發(fā)光，形成所謂的「發(fā)光殺手中心」，最后導(dǎo)致發(fā)光效率降低等問題。

以GaN為基礎(chǔ)的InGaN/GaN量子井QW型LED，含量109~1010/cm2 左右高密度格子缺陷，按照傳統(tǒng)理論，如此高密度格子缺陷照理說(shuō)不會(huì)發(fā)光，實(shí)際上InGaN/GaN系LED卻能作高效率發(fā)光，換句話說(shuō)InGaN系LED具有與以往LED相異的發(fā)光機(jī)制。 InxGa1-xN是由InN與GaN所構(gòu)成的三維化合物半導(dǎo)體，GaN層屬于近紫外LED活性層，因此適合使用光學(xué)評(píng)鑒方式研究。如表1所示GaAs、ZnSe等常用的Ⅲ-Ⅴ(三五族)、Ⅱ-Ⅵ(二六族) 化合物半導(dǎo)體與GaN最大差異點(diǎn)，是GaN氮化物半導(dǎo)體的縱光學(xué)(LO:Longitudinal Optical；以下簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)O)與音子(phonon；格子波的量子)的能量(? ω =h/2π，h為膜厚plank常數(shù))大于92.5 ，因此電子與LO相互作用的能量( αe ?也隨著變大，兩者互動(dòng)值往往超過(guò)44.2 (表1的 αe 為Frohlich結(jié)合常數(shù)，ω為音子的振動(dòng)數(shù))，導(dǎo)致被激發(fā)的載子(carrier；電子與正孔)會(huì)與LO產(chǎn)生強(qiáng)烈的互動(dòng)，如圖1所示被結(jié)晶格子捕獲的電子變重(稱為polaroon狀態(tài))形成自我束縛狀，最后造成載子祇能在極短距離內(nèi)移動(dòng)，而電子則成為自由電子般的漂流。

另一方面正孔也形成polaroon自我束縛狀，加上In原子與Ga原子的電氣陰性度的差，尤其是In原子周圍短距離型電位(potential)，有可能產(chǎn)生強(qiáng)大的正孔捕捉。類似上述的電子與正孔的挶限化，會(huì)在奈米以下的原子大小范圍內(nèi)產(chǎn)生，這種現(xiàn)象可視為InGaN化合物半導(dǎo)體的固有性質(zhì)，換句話說(shuō)注入發(fā)光組件活性層的載子，由于上述的捕捉效應(yīng)被空間性的挶限，到達(dá)「發(fā)光殺手(killer)中心」的比率則相對(duì)的偏低，所以即使InGaN/GaN等化合物半導(dǎo)體具有大量的轉(zhuǎn)位格子缺陷，仍舊可作高效率的發(fā)光。