来自北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种新工艺，该工艺利用现有的工业标准技术来制造III-氮化物半导体材料，但所产生的分层材料将使LED和激光器更加高效。

III-氮化物半导体材料是宽带隙半导体，在光学和光子应用中特别有意义，因为它们可以用来制造激光器和LED，在可见带宽范围内产生光。而当涉及到大规模制造时，III-氮化物半导体材料采用一种称为金属有机化学气相沉积（MOCVD）的技术生产。

半导体设备需要两种材料，一种是 "p型"，一种是 "n型"。电子从n型材料移动到p型材料。这是通过创造一种具有 "空穴 "或电子可以进入的空间的p型材料而实现的。

制造LED和激光器的人面临的一个挑战是，在使用MOCVD制造的p型III-氮化物半导体材料中，你能制造的孔的数量有一个限制。但是这个限制刚刚上升了。

"我们已经开发出一种工艺，在任何使用MOCVD制造的III-氮化物半导体中，在p型材料中产生最高浓度的空穴，而且这是高质量的材料--很少有缺陷--使其适合用于各种设备。"关于这项工作的一篇论文的共同作者、北卡罗来纳州立大学电气和计算机工程系杰出教授Salah Bedair说。

在实践中，这意味着LED中输入的更多能量被转化为光。对于激光器来说，这意味着通过减少金属接触电阻，输入的能量将以热量的形式浪费掉。

LED包含三个主要层：一个N型层，电子从这里产生；所谓的 "活性区域"，由多个氮化铟镓和氮化镓的量子井组成；以及一个P型层，空穴从这里产生。

为了生产用于LED或激光二极管的半导体材料，研究人员使用一种叫做 "半球形生长 "的生长技术来生产氮化镓铟模板。模板是由几十层的氮化镓铟和氮化镓组成。研究人员将这些模板用于n型区域，以减少量子阱生长过程中出现的复杂情况。将氮化镓层插入半球形的氮化铟镓层之间，可以减少由于半球形模板和氮化镓衬底之间的晶格不匹配而产生的缺陷，同时也可以填补表面形成的凹坑。

在他们的新工作中，研究人员证明了半球形生长方法可用于LED的p型层，以增加孔的数量。从制造的角度来看，这种新方法是具有成本效益的，因为基于III-氮化物的LED设备可以通过MOCVD一次生长完成，中间没有漫长的加工时间。

使用这种技术，研究人员能够在p型材料中实现5×1019 cm-3的空穴密度。在此之前，使用MOCVD在p型III-氮化物材料中实现的最高空穴浓度大约低一个数量级。

研究人员还将这些氮化镓铟模板用作LED结构的基底，以解决被称为 "绿色缺口 "的长期问题，即LED在光谱的绿色和黄色部分发光时输出会变差。

造成绿色缺口的主要原因之一是在使用氮化镓基板时，材料的发光部分--量子阱--之间存在巨大的晶格失配。研究人员已经证明，用氮化镓铟模板取代氮化镓衬底，可以改善LED的性能。

研究人员比较了同一量子阱在氮化镓衬底上生长时发出蓝色光，而在不同的氮化镓铟模板上生长时发出绿色或黄色光的LED发射光谱。由于氮化镓铟模板的应用，发射波长实现了100纳米的转变。

关于提高效率的论文《P型InxGa1-xN半球形模板（0.02 < x < 0.16），室温空穴浓度为1019 cm-3中和器件质量表面形态》，发表在《应用物理学通讯》杂志上。