白光LEDs的效率正以飛快的速度上升中，在2004年，工程師引以為傲被問到350mA時(shí)的功率幾乎是60 lm/W, 但在今天的研究記錄則超過130 lm/W。

　　這樣照明效率幾乎是省電燈泡(compact fluorescents)的兩倍，而且比日光燈(incandescent)性能高上10倍之多的白光LED已被定位成一般的照明應(yīng)用。然而，進(jìn)一步改善可以強(qiáng)化固態(tài)照明設(shè)備的性能，同時(shí)能實(shí)際節(jié)省能源及減少照明費(fèi)用。

　　不幸地，傳統(tǒng)白光LED所剩的性能改善空間正在縮小中，經(jīng)由下轉(zhuǎn)換式(down-converting)磷光粉將芯片上的藍(lán)光或紫外光轉(zhuǎn)換成黃光的過程會(huì)浪費(fèi)能量并且局限器件的性能。舉例來說，Nichia估算以藍(lán)光激發(fā)磷光粉的最大理論功率為263 lm/W，但只有203 lm/W等值的紫外光來源。

　　根據(jù)Jeffrey Tsao以及在Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的同事的說法，通過改變LED基本的架構(gòu)可以達(dá)到更高的功率。該團(tuán)隊(duì)已顯示出通過顏色混合的方式小心選取四個(gè)不同發(fā)光波長的LEDs，在演色性指數(shù)(color rendering index;CRI)為90時(shí)的理論功率可以超過400 lm/W at，Tsao說道CRI值在90是最好的，而且可以滿足所有實(shí)質(zhì)的白光應(yīng)用。

　　起初乍看之下，所有的器件性能似乎非常令人鼓舞，但Tsao明白指出，要達(dá)到這個(gè)性能目標(biāo)是沒有捷徑的，在開始的研究中，器件要得到近乎理論的功率需要幾乎100%的光電轉(zhuǎn)換性能。雖然已經(jīng)可以制作出80%效率的紅外線激光器，Tsao選擇了530 nm及573 nm兩個(gè)落在相對(duì)較差性能范圍的波長，就是所謂的綠光能隙(green gap)，最佳的LEDs在這個(gè)光譜范圍是無法展現(xiàn)最佳的效率(參見圖一)。

　　圖一：目前最綠的LED效率相當(dāng)差，若是要以混色的方式用在超高效率的白光光源上，則還需要實(shí)質(zhì)的提升這些器件性能。

　　顯然實(shí)質(zhì)改善綠光能隙(green-gap)LED性能是必要的，而朝向這個(gè)目標(biāo)的第一步包括明確的建立阻礙器件輸出的原因認(rèn)知，這個(gè)問題在科學(xué)界間是個(gè)爭議性的熱門話題，而Tsao推測(cè)各種類型的缺陷皆可能扮演著某一種角色。

　　這些架構(gòu)在InGaN/GaN外延層(epilayers)的器件(以及它們的藍(lán)光系列器件)被做在異質(zhì)(foreign)基板(例如藍(lán)寶石(sapphire)和SiC基板)，而這些基板會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力(strain)和高度貫穿式位錯(cuò)(Threading Dislocation; TD)密度，而典型的TD密度范圍介于5 108到5 109 cm2之間。姑且不論這些高缺陷密度，InGaN LEDs可以產(chǎn)生的外部量子效率仍可達(dá)70%，然而有些證據(jù)推測(cè)這些缺陷仍舊會(huì)限制量子性能：陰極射線發(fā)光(cathodoluminescence)的研究已揭露出貫穿式位錯(cuò)結(jié)構(gòu)(TDs)是不會(huì)發(fā)光的，當(dāng)所有計(jì)算都指出螺旋錯(cuò)位(screw dislocations)會(huì)誘導(dǎo)應(yīng)力場(strain fiELds) 而局限其中一種載體，并且限制它們以幅射的方式(radiative)再結(jié)合。

　　除此之外，點(diǎn)狀缺陷(例如鎵和氮空缺及碳和氧不純物)會(huì)扮演著非發(fā)光再結(jié)合中心，GaN正電子湮滅(positron annihilation)的研究中顯示已知的缺陷與鎵空缺結(jié)合會(huì)限制光激發(fā)發(fā)光效率。在更低的長膜溫度條件下的點(diǎn)狀缺陷變得更普遍(這是高濃度的銦(indium)成份制作綠色及黃色LED所需要的制程環(huán)境)，在較長的發(fā)光波長下，這些缺限會(huì)降低LED的效率。

　　綠光及黃光LED效率也受到本身極化場(intrinsic polarization fields)所沖擊, 而這個(gè)效應(yīng)會(huì)隨著更高的銦原子濃度而變得更強(qiáng)，濃度極化作用(polarization)可以幫助發(fā)光位置產(chǎn)生紅位移(red-shift), 但是這個(gè)好處在更高的驅(qū)動(dòng)電流下會(huì)被內(nèi)部電場載體誘導(dǎo)屏蔽(carrier-induced screening)所抵消，這意味著發(fā)光波長會(huì)隨著溫度而變化，這是色彩混合方法最主要的障礙。

　　克服相關(guān)極化問題而具有前景的途徑包括將器件長在GaN的非極性平面上，然而這方面的研究工作仍處于初級(jí)階段，但是圣塔巴巴拉(Santa Barbara)加州大學(xué)的研究員在過去幾年已經(jīng)使得效率明顯增長，而且生產(chǎn)的器件之外部量子效率可達(dá)45%;即使這些數(shù)值可以獲得實(shí)質(zhì)的改善，但晶圓尺寸的問題仍就存在。這些做在Mitsubishi Chemical的1平方公分基板上的開發(fā)器件仍無法清楚了解該項(xiàng)特殊的制程是否能將LED產(chǎn)品放大到所需要的更大直徑。

　　把InGaN層做在另一種材料(例如藍(lán)寶石基板(sapphire))的InGaN模板也可以提供做為亮綠色LED的基材。比起傳統(tǒng)的LED燈而言，該項(xiàng)材料系統(tǒng)可以盡可能免除本身的極化場(intrinsic polarization fields)的問題，而且美國化合物半導(dǎo)體基板大廠Technologies and Devices International of Silver Springs(MD)也有提供2英吋直徑基板樣品。

　　然而，Tsao說道另一個(gè)潛伏的問題: 除了綠色能隙(green gap)外還有一個(gè)紅色能隙(red gap)問題。大部份沉積在GaAs上面的AlInGaP化合物通常會(huì)接近該平譜范圍。在深紅色平譜中，估算該材料的內(nèi)部量子效率幾乎達(dá)100%，但在理想白光光源中的橘紅色發(fā)光波長(位于較短波長平譜中，例如614 nm)的性能卻迅速下降 。