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氮化鎵材料概述

氮化鎵系列材料系統氮化鋁－氮化鎵－氮化銦比起砷化鎵，是「寬」能隙半導體材料，其能隙與晶格常數，由能隙大的氮化鋁（能隙 = 6.2 電子伏特），到氮化鎵（能隙 = 3.4 電子伏特），再到能隙較小的氮化銦（能隙 = 2.0 電子伏特），可以隨意調整三元合金，如調變氮化鋁鎵及氮化銦鎵（連結氮化鎵－氮化銦之線條即是）之能隙即可調變其波長，因而能製作出不同顏色的發光二極體及雷射二極體。
發光二極體工作原理

當Ｐ型半導體與Ｎ型半導體形成一個接著界面時，其能帶結構並未施加任何電壓（或稱偏壓），此時Ｐ型半導體的費米階與Ｎ型半導體的費米階相互對齊，且在界面處形成一電場（即存在一電位能），這會使導電帶和價電帶彎曲。Ｐ、Ｎ半導體導電帶的高度落差便是阻止電子流動的能障。

當接合的兩層半導體同屬一材質時，此種接面稱為同質接面；若兩者分屬不同材質（例如：氮化鋁鎵／氮化鎵、氮化銦鎵／氮化鎵或氮化鋁鎵／氮化銦鎵，此種接面稱為異質接面。

將一乾電池的正電壓接到Ｐ型半導體，負電壓接到Ｎ型半導體，此種Ｐ型接正電壓，Ｎ型接負電壓的電路接法，稱為順向偏壓。此時負電壓端的所有能階皆會往上提升（相對於正電壓端），因而破壞原先的平衡狀態（Ｐ型半導體的費米階與Ｎ型半導體的費米階不再對齊），且電子在導電帶中向左流動時所遇到的能障也降低，因而非常容易流通，在電路中形成「導通」狀態，電流也因此急速上升。

在一適當的順向偏壓下，電子、電洞由乾電池分別注入Ｎ、Ｐ兩端後，便會在Ｐ／Ｎ界面區域結合而發光，即電子由高能量狀況掉回低能量狀態與電洞結合，將能量以光的形式釋放出來。外部的乾電池會不斷地由Ｎ側注入（補充）電子，並由Ｐ側注入電洞，使得「電子、電洞結合而發光」的動作持續進行，這就是發光二極體的發光原理。

自從 1960 年代發光二極體開始商品化以來，由於具有高耐震性、壽命長，同時耗電量少、發熱度小，所以其應用範圍遍及日常生活中的各項用品，如家電製品及各式儀器之指示燈或光源等。近年來，因多色彩及高亮度化之發展，應用範圍更朝向戶外顯示器發展，如大型戶外顯示看板及交通號誌燈。

紅藍綠是全彩的三原色，對於全彩色戶外顯示看板而言，高亮度藍色或綠色發光二極體是不可或缺的。藍綠光發光二極體成熟後，將可使發光二極體顯示器達到全彩化目標，更可使數位影音光碟之存取密度大增，是一非常關鍵性的材料。由於我國在發光二極體產業早有基礎，且產值為世界第二，所以對於氮化鎵之藍綠光發光二極體自然是需求甚高。


心得：發光二極體目前所使用的燈泡型交通號誌，因燈泡裝置較耗電、壽命短，易造成交通事故，若能以高亮度紅藍綠光發光二極體取代傳統的燈泡，將可大大提高交通號誌燈之鮮明度。 白光發光二極體視為二十一世紀的照明光源。