“電子溢流”是LED光衰的根源

美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院科研人員已經(jīng)揭開(kāi)了LED燈泡光衰(efficiency droop)背后的機(jī)理，這種機(jī)理使得LED大電流時(shí)會(huì)出現(xiàn)高達(dá)20%的光效損失。

　　注：由于導(dǎo)電帶與價(jià)電帶井深比例過(guò)低的緣故，因此無(wú)法有效地將導(dǎo)電帶的電子局限于活性層的量子阱中而造成電子溢流(electron leakage)。

　　光衰問(wèn)題首次提出是在1999年，而弗杰尼亞大學(xué)研究人員認(rèn)為量子效率在大電流下的降低最終是由于溢流造成的。

　　最近《應(yīng)用物理快報(bào)》的一篇論文提到，科研人員已經(jīng)確認(rèn)了溢流是光衰現(xiàn)象的罪魁禍?zhǔn)住Ｔ撗芯刻峁┝说谝粋€(gè)綜合模型以揭示光衰背后發(fā)生的機(jī)理，也將會(huì)引導(dǎo)新技術(shù)去解決這個(gè)難題，倫斯勒理工學(xué)院E.Fred Schubert高級(jí)教授表示?！斑^(guò)去研究人員和lLED制造商在降低光衰方面取得過(guò)一些進(jìn)展，但是有些進(jìn)展的獲得并不了解光衰原因?！?/P>

　　LED由三部分架構(gòu)組成：帶負(fù)電的n型晶體、帶正電空穴的p型晶體，以及這兩者之間的量子阱或有源區(qū)。

　　該研究的第一作者David Meyaard解釋道，電子從n型材料注入到有源區(qū)，同時(shí)空穴從p型材料中注入到有源區(qū)。電子與空穴以相反方向移動(dòng)，當(dāng)它們?cè)谟性磪^(qū)相遇就會(huì)出現(xiàn)復(fù)合，復(fù)合過(guò)程中，電子移向更低能級(jí)，從而釋放出光子。不幸的是，研究人員提醒說(shuō)，隨著電流的增加，LED光效會(huì)降低，隨著電流的增加，其發(fā)出的光會(huì)相應(yīng)減少。

　　Meyaard表示，他們團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果顯示，在大電流狀態(tài)下，產(chǎn)生于p型區(qū)的電場(chǎng)允許電子逃逸出有源區(qū)，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)與空穴復(fù)合，也就無(wú)法發(fā)光。這種現(xiàn)象叫做溢流，該說(shuō)法是在5年以前就已經(jīng)被提出了，但Meyaard表示，他們的團(tuán)隊(duì)的研究第一次無(wú)可爭(zhēng)辯地證明了光束的發(fā)生機(jī)理。Meyaard表示，他們團(tuán)隊(duì)證實(shí)在足夠強(qiáng)大的電場(chǎng)形成后，電子就逃逸出有源區(qū)。

　　“我們測(cè)量了電場(chǎng)形成與光衰直徑的關(guān)聯(lián)性，”Meyaard表示，“結(jié)果清晰證明其發(fā)生機(jī)理是電子溢流，同時(shí)我們還可以量化它。例如，在一個(gè)關(guān)鍵報(bào)告中，我們展示了大電流注入和光衰情況，從中可以看到它們之間良好關(guān)聯(lián)性。而這在過(guò)去是不可能做到的，因?yàn)闆](méi)有原理模型可以描述溢流如何發(fā)生作用?！?/P>

　　Schubert表示，他們的研究指出，由于電子移動(dòng)性強(qiáng)于空穴，因此可以將二極管看做是由不同類(lèi)型的載體組成的。

　　“如果電子和空穴有相似的特性，那么彼此對(duì)稱(chēng)；它們會(huì)在量子阱所在的中間區(qū)相遇，然后復(fù)合。我們使用電子比空穴移動(dòng)性更強(qiáng)的材料系統(tǒng)來(lái)替代它，可以發(fā)現(xiàn)電子擴(kuò)散更加容易，也更容易對(duì)電場(chǎng)有反應(yīng)。由于這種不對(duì)稱(chēng)性，我們認(rèn)為電子應(yīng)該從量子阱穿過(guò)(shootover)或從量子阱萃取。那么它們就不會(huì)與空穴在有源區(qū)相遇，也就不會(huì)發(fā)光?！?/P>

　　Meyaard and Schubert稱(chēng)，基于這種模型，研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)把注意力轉(zhuǎn)向了開(kāi)發(fā)新的LED架構(gòu)上。