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研究發現:俄歇復合是LED效率下降的禍首

作者: 時間:2011-10-19 來源:網絡 收藏
美國加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)的研究團隊宣稱通過第一原理計算發現,對于以氮化鉀(GaN)為主的發光二極管(),(Auger recombination)是其( droop)與綠色缺口(green gap)的主要原因,可惜并未同時提出有效的解決方法。

droop是指在較高電流操作下,發光二極管的外部量子效率會下降。UCSB的Kris Delaney, Patrick Rink及Chris Van deWalle計算顯示,的禍首是,它是一種非輻射式的復合行為,在2.5eV(對應波長為0.5 μm)時達到顛峰。這同時也解釋了“綠色缺口”——即波長從藍光進入綠光波段時,LED的量子效率會下降的由來。

稍早LED制造商Philips Lumileds根據實驗結果主張,是在較高電流下的主因,這種非輻射式復合過程牽涉到三個載子的交互作用,其中至少包含一個電子與一個空穴。UCSB的計算結果支持這種說法,而不像其它理論研究團隊認為俄歇復合對于LED droop的影響可以忽略,個中的差異在于采用不同的氮化物能帶結構:UCSB團隊找到第二條導帶(conduction band),并納入計算中。

UCSB團隊的氮化鎵能帶結構是利用密度泛函理論(density-functional theory)結合多體微擾理論(many-body perturbation theory)所計算得到。接著他們采用蒙特卡洛(Monte Carlo)法,計算了超過4千萬個步驟的統計平均,才得到俄歇復合速率。

隨著LED droop的機制被發現,未來的研究方向將聚焦于去除或降低俄歇復合所造成的損失。UCSB團隊在論文中討論了三種降低損失的方法,但都有缺點。其中一個方法是將氮化鉀長成閃鋅礦(zinc-blende)晶格結構而非一般的纖鋅礦(wurtzite)結構,因為這可以將第二條導帶推到能量較高的位置,但是要長出高質量的閃鋅礦結構并非易事。其它作法包括利用應力或是改變InGaAlN的比例去調整能帶結構,不過計算顯示,這些變化都不會明顯提升LED的表現。



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