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俄歇复合是LED效率下降的祸首

上传人:未知

上传时间: 2009-06-15

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  LED droop是指在较高电流操作下,发光二极管的外部量子效率会下降。UCSB的Kris Delaney, Patrick Rink及Chris Van deWalle计算显示,效率下降的祸首是俄歇复合,它是一种非辐射式的复合行为,在2.5eV(对应波长为0.5 μm)时达到颠峰。这同时也解释了“绿色缺口”——即波长从蓝光进入绿光波段时,LED的量子效率会下降的由来。

  稍早LED制造商Philips Lumileds根据实验结果主张,俄歇复合是在较高电流下效率下降的主因,这种非辐射式复合过程牵涉到三个载子的交互作用,其中至少包含一个电子与一个空穴。UCSB的计算结果支持这种说法,而不像其它理论研究团队认为俄歇复合对于LED droop的影响可以忽略,个中的差异在于采用不同的氮化物能带结构:UCSB团队找到第二条导带(conduction band),并纳入计算中。


图片显示的是在一个InGaN晶体内不同的再复合过程

  UCSB团队的氮化镓能带结构是利用密度泛函理论(density-functional theory)结合多体微扰理论(many-body perturbation theory)所计算得到。接着他们采用蒙特卡洛(Monte Carlo)法,计算了超过4千万个步骤的统计平均,才得到俄歇复合速率。


UCSB研究团队第一原理计算结果

  随着LED droop的机制被发现,未来的研究方向将聚焦于去除或降低俄歇复合所造成的损失。UCSB团队在论文中讨论了三种降低损失的方法,但都有缺点。其中一个方法是将氮化钾长成闪锌矿(zinc-blende)晶格结构而非一般的纤锌矿(wurtzite)结构,因为这可以将第二条导带推到能量较高的位置,但是要长出高质量的闪锌矿结构并非易事。其它作法包括利用应力或是改变InGaAlN的比例去调整能带结构,不过计算显示,这些变化都不会明显提升LED的表现。

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