光是最普遍的傳遞信息媒介之一，與我們的日常生活息息相關。從白熾燈到發光二極管，人造光源在節能方面不斷改進。在當前能源問題日益嚴重的背景下，發光二極管具有比傳統光源高得多的能量利用效率，獲得廣泛的研究和發展。發光二極管利用PN接面半導體中的載流子復合過程放出的能量發射光子。通過各種方法調節半導體的能帶寬度，便可發射出不同顏色的光。雖然與傳統光源相比，發光二極管有較高的能量利用效率，但是由於受半導體本身的能帶結構限制，目前單壹半導體發光二極管芯片只能發射單色光，而應用於照明和顯示用途的人造光源往往需要發出多色光。當前最常用的解決方案是使用螢光粉這種顏色轉換材料，將部分發光二極管芯片發出的光以較長波長轉換成其他顏色。這種做法的缺點是在顏色轉換的過程中必然會有較大的能量損失，因而造成發熱，又進一步減低發光二極管內部的量子效率。而且，由於螢光粉的使用壽命較發光二極管芯片為短，損耗了的螢光粉會令所發出的光的顏色隨著時間逐漸改變。
製造多色發光二極管的流程圖
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研究很早就發現，改變半導體物料的應力會影響其能帶結構，進而影響其發出的光的顏色。而應力可以通過在芯片上製造不同尺寸的納米結構來調節，使單壹芯片能發出多色光。
我們利用納米球光刻技術，在一般發光二極管燈膽內找到的氮化銦鎵發光二極管芯片上製造不同尺寸的納米柱，從而調節芯片表面的應力及芯片不同位置處發出的光的顏色。我們使用掃描近場光學顯微鏡來研究這種帶有納米結構的發光二極管芯片的微區發光性質，找到了發光性質隨納米結構特徵及尺寸的變化。我們亦利用光致發光來研究芯片的遠場發光性質。得到的照片顯示，經納米技術處理的芯片能發出既有綠光也有藍光的雙色光，這兩種光結合起來成為複色光。我們正進一步研究以這種單壹芯片產生多色光的技術來開發產出白光的芯片，相信將有助於實現高效率、高可靠性的發光二極管多色光照明。
研究團隊成員：馮聰先生，黃建安博士及蔡凱威博士（從左至右）
蔡凱威博士
香港大學
電機電子工程系
hwchoi@hku.hk
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