发出冷暖白光的光电设备

整体式LED无需使用荧光粉即可发出自然白光 图片提供：阿卜杜拉国王科技大学

发光二极管（LED）的优点，例如尺寸小，成本低和出色的电源效率，意味着它们在现代生活中无处不在。KAUST团队最近克服了一些关键挑战开发出一种白光LED的生产方法。

在几乎所有的现代电子设备上，LED都以其独特的红、绿或蓝色系来传输信息。LED的颜色来自于内部的半导体，它发出的光波长范围很窄。发射更宽的光谱是产生白光的必要条件，LED不能发射更宽的光谱限制了它们在照明应用或者用于需要广泛调色板的不同颜色的显示器中的使用。

制造白光led的一种方法是将不同材料的器件组合在一起，其中每种材料发出不同的颜色。来自不同材料的红色，蓝色和绿色的发射光可以组合起来以产生白光，但这增加了LED的复杂性和制造成本。可替代地，可将单一的半导体混合在吸收半导体发出的一些光的磷光体中，然后再以不同的颜色发出。但是，磷光体会随着时间而降解，从而限制了这些设备的使用寿命。

饭田大介(Daisuke Iida)和大川一弘(Kazuhiro Ohkawa)的团队已经设计出一种使用半导体铟镓氮化镓制造无磷单片白光LED的方法。

  氮化铟镓的发光颜色取决于铟和镓原子的相对含量。例如，氮化镓发出紫外光，但是添加铟会使发射光跨可见光谱移动并进入红外光。可以通过将具有一种成分的非常薄的氮化铟镓层夹在具有不同成分的两层之间，从而形成所谓的量子阱，来进一步控制发射。 

Iida说：“我们的设备的独特之处在于我们使用材料缺陷或V坑结构来增强电流注入半导体的能力。” 由KAUST团队设计的LED包括铟含量为20％的蓝色发光量子阱和铟含量为34％的铟红色量子阱。结合在一起，这种单片LED会在整个可见光谱范围内发光。通过控制流经设备的电流，团队可以将发射光从暖白色变为自然白色，再从冷白色变为白色。