蓝色发光二极管的发明荣获了2014年诺贝尔物理学奖，然而一种重要的化学物质却阻碍了这一发明的工业化生产。
众所周知，蓝色发光二极管十分难于制...
蓝色发光二极管的发明荣获了2014年诺贝尔物理学奖，然而一种重要的化学物质却阻碍了这一发明的工业化生产。
众所周知，蓝色发光二极管十分难于制造，进而阻碍了廉价、高效的白色发光二极管灯泡的生产。近期，英国科学家声称发现了其中的症结，他们发现可能是制备半导体的元素之一——镁元素导致了上述问题，而他们的研究成果可以有助于开发一种新的制造工艺，从而大大降低白色发光二极管灯泡的成本。
蓝色发光二极管的发明者赢得了2014年诺贝尔物理学奖，这一发明也预示着半导体照明时代的来临。将其与低廉的红色、绿色发光二极管混合，即可制备出非常高效的白光。然而，由于制造方面的问题，蓝色发光二极管的造价远远高于另外两种颜色的发光二极管。
伦敦大学学院（UCL）进行该项研究的团队负责人约翰·巴克里奇指出：“生产P性氮化镓非常困难。”P型半导体是一种富含大量带正电的载流子或空穴的材料，而N型半导体则是富含电子的材料。在一个发光二极管中，上述两种材料叠加在一起。当向二极管施加电压时，两种材料中含有的电子和空穴在结合处相撞击而产生光子。制备P型化合物的过程中需要掺入镁元素以置换产生大量可自由移动的空穴。巴克里奇解释道：“人们预想的是每一个镁原子置换一个稼原子以产生载流子，但事实上没有那么容易。这一制备过程中需要加入大量镁以寻求需要的置换反应，由于接近溶解度极限，这一反应在技术上难度很大。”
为了找到问题的原因，巴克里奇和他的同事应用了曾荣获2013年诺贝尔化学奖的多尺度计算模型。
“设想一个镁原子置换一个稼原子”，巴克里奇解释道：“用量子级原理来处理这两个原子和其周围的100个原子，而对更大范围内的20000个原子，则假设仅能进行经典理论范畴的运动，仅对电荷缺陷做出反应。”通过这样的假设，他们也仅仅只能模拟很少量的镁原子，这与制造P型半导体置换反应所需要的数量比起来微不足道。
自己最顽固的敌人
该研究团队发现，镁是其自己最顽固的敌人。用镁原子置换稼原子以产生空穴的反应就像一个很深的陷阱一样，需要加入极大的能量而最终可能会导致氮化镓融化。
但即使你能够将空穴从前述的“镁”丽陷阱中释放出来，该空穴也不一定可以吸收电子，因为此时其能量已足以挤出一个氮原子，进而产生真空，陷住该空穴。
为什么要使用镁作为添加剂置换氮化镓以制备P型半导体的原因尚不明确，但是该研究却有助于理解上述反应中加入大量镁添加剂却只能获得少量正载流子的原因。
巴克里奇希望研究者通过技术进步可以精确设计制造工艺，以达到突破“镁”丽陷阱的目的。他同时坦承，为了能够准确了解镁和氮化镓置换反应的具体机理，还需要进行大量的研究。
美国伯克利劳伦斯国家实验室的克里斯勤·基斯洛奇同样认为需要进一步了解高浓度镁元素的反应机理，他告诉《化学世界》：“这项研究对氮化镓掺杂过程研究没有影响。”(译言网 译者： xuzi1983 原作者：Matthew Gunther,ChemistryWorld）