前言
  GaN(氮化鎵)系藍紫色發(fā)光器件可應用于新一代DVD，因此備受相關(guān)業(yè)者高度期待，此外利用led高亮度、省能源的發(fā)光特性，藍紫色發(fā)光組件未來還可取代傳統(tǒng)的白熾燈、螢光燈，成為白光照明燈源的主流。氮化鎵的晶格缺陷很多卻能夠產(chǎn)生高亮度，主要原因是藉由納米 技術(shù)控制器件結(jié)構(gòu)，使得器件的發(fā)光效率得以提高，進而獲得高亮度。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)無數(shù)的轉(zhuǎn)折，十年前包含產(chǎn)學研界幾乎未曾將半導體白色發(fā)光二極管納入考慮范圍，雖然有很多研究人員非常關(guān)心藍光led的發(fā)展，卻都無視白光LED的應用潛能。

   97年利用藍光LED激發(fā)黃色螢光體(YAG；釔、鋁、石榴石、鈰的混合物)，再透過藍色與黃色螢光體的互補特性，產(chǎn)生二色式似白光的LED正式進入量產(chǎn)，加上移動電話的應用促成白光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不需使用螢光燈常用的玻璃管、惰性氣體、水銀、變壓器、升壓器，所以可以大幅節(jié)省能源，取代螢光燈與白熾燈除了可節(jié)省能源之外，廢棄物的減少對地球環(huán)保也有莫大的好處。

   97年日本通產(chǎn)省根據(jù)京都環(huán)保會議的省能源對策決議，組成「21世紀光源計劃小組」，并委托日亞化學與豐田合成進行技術(shù)開發(fā)，該計劃小組將近紫外LED的外部量子效率(以下簡稱為取光效率)目標定為40%，當時藍光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31%，也因此使的高性能白光LED的量產(chǎn)誘因更加扎實，而21世紀光源計劃小組對全球白光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)晶格缺陷

    有關(guān)LED的基本運作原理，具體而言是電流順時鐘方向通過半導體p-n(空穴與電子)接合面時，空穴與電子會注入納米級厚度的活性層(亦稱為發(fā)光層)，進而因輻射再結(jié)合過程(process)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。 

   利用混晶(亦稱化合物為半導體)InGaN產(chǎn)生高亮度藍光或是綠光的LED雖然已經(jīng)進入商品化，可是有關(guān)發(fā)光機制傳統(tǒng)的半導體物理學理論，卻無法具體說明因原因而屢遭質(zhì)疑。其實不論是LED或是半導體激光LD等發(fā)光組件(device)，通常都具有 以上的晶格缺陷，晶格缺陷會阻礙發(fā)光，形成所謂的「發(fā)光殺手中心」，最后導致發(fā)光效率降低等問題。

   以GaN為基礎(chǔ)的InGaN/GaN量子阱QW型LED，含量109~1010/cm2 左右高密度晶格缺陷，按照傳統(tǒng)理論，如此高密度晶格缺陷照理說不會發(fā)光，實際上InGaN/GaN系LED卻能作高效率發(fā)光，換句話說InGaN系LED具有與以往LED完全不同的發(fā)光機制。 InxGa1-xN是由InN與GaN所構(gòu)成的三維化合物半導體，GaN層屬于近紫外LED活性層，因此適合使用光學評鑒方式研究。如表1所示GaAs、ZnSe等常用的Ⅲ-Ⅴ(三五族)、Ⅱ-Ⅵ(二六族) 化合物半導體與GaN最大差異點，是GaN氮化物半導體的縱光學(LO:Longitudinal Optical；以下簡稱為LO)與聲子(phonon；晶格波的量子)的能量(ħ 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  ħ也隨著變大，兩者互動值往往超過44.2 (表1的 αe  為Frohlich結(jié)合常數(shù)，ω為音子的振動數(shù))，導致被激發(fā)的載流子(carrier；電子與空穴)會與LO產(chǎn)生強烈的互動，如圖1所示被結(jié)晶晶格捕獲的電子變重(稱為polaroon狀態(tài))形成自我束縛狀，最后造成載流子只能在極短距離內(nèi)移動，而電子則成為自由電子般的漂流。