解开 III 族氮化物 LED 中俄歇系数的神话

伊利诺伊大学团队表明，俄歇复合中的电子-空穴不对称性是 InGaN基LED 大效率下降的主要可能原因。

基于 InGaN 的蓝色 LED 是固态照明 (SSL) 的支柱。不幸的是，它们的效率在低电流密度 (<35 A/cm²) 下达到峰值，在高注入水平下下降，称为效率下降，因此需要在光输出功率、效率和成本之间进行设计权衡。

人们普遍认为，俄歇复合是实验观察到的 III 族氮化物 LED 效率大幅下降（约 50%）的主要原因。然而，对于这个材料系统中俄歇复合程度的起源，还没有明确的理解。

例如，通过假设电子 (n) 和空穴 (p) 密度相同，即 n = p 来获得测量的俄歇系数。该双极性俄歇系数 (C_a) 计算为 eeh (C_n) 和 hhe (C_p) 通道的俄歇系数之和，即 C_a = C_n + C_p。对于 III 族氮化物 LED 等压电材料，载流子对称性受到极化的不利影响，这意味着 C_n 和 C_p 之间的俄歇电子-空穴不对称性（以及它们的比率，C_n/C_p）可能在理解效率下降和量化 C_a 方面发挥关键作用。在大多数实验和模拟中，C_n/C_p 被视为单位(~1)，忽略俄歇电子-空穴不对称对效率下降的影响。

在最近发表在 IEEE 《量子电子学》杂志上的一篇论文中，伊利诺伊大学的研究人员报告了一种基于变分原理的新型开放边界量子 LED 模拟器，结果表明，俄歇复合中的电子-空穴不对称性是InGaN基LED中效率大幅下降（~38%）的主要原因。

事实上，作者表明，忽略俄歇电子-空穴不对称性会高估双极俄歇系数（由电子和空穴俄歇系数之间的相等性定义）高达 62%，导致对基于 InGaN 的 LED 的基本极限的误解。

参考文献

'Effect of Auger Electron-Hole Asymmetry on the Efficiency Droop in InGaN Quantum Well Light-Emitting Diodes'  by Y-C. Tsai, C. Bayram, and J.-P. Leburton; IEEE Journal of Quantum Electronics (2022)

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