InGaAlN LED效率下降的原因找到了

伊利诺伊大学的研究小组表明，从极化h-LED切换到c-LED会使效率从45%下降到22%

 

如今，人们普遍认为，在传统的六方相InGaAlN LED中，大俄歇系数是导致效率大幅下降（约50%）的主要原因。然而，这种解释不足以解释GaAs和GaP基LED的效率低下，因为它们具有相似的俄歇系数。

 

伊利诺伊大学的Can Bayram、Jean-Pierre Leburton和Yi Chia Tsai在IEEE Trans. Electron. Devices上表示，与立方相InGaAlN绿色LED（c-LED）相比，在高电流密度下，六方相绿色InGaAlN LED（h-LED）中的强内极化和大载流子有效质量共存导致效率下降约51%。

 

此前，非极化h-LED的效率下降归因于有源区载流子泄漏的减少，忽略了内部极化和俄歇复合之间的相互作用。事实上，最近的实验表明，非极化h-LED的效率下降实际上是由于载流子离域（与极化h-LED情况不同）导致更强的电子-空穴波函数重叠，量子阱载流子密度越低，俄歇复合率越低。伊利诺伊大学的研究小组发现，大载流子有效质量促进了载流子的局域化，并降低带间光学跃迁矩阵元。

 

上图显示了作为电流密度函数的归一化内部量子效率（IQE）（左y轴）和效率下降（右y轴）。红色六边形和绿色菱形指的是六方相（h-）和立方相（c-）InGaAlN LED，而蓝色五边形指的是生长在m面GaN衬底上的非极化h-LED。

 

根据这种新的解释，研究人员认为，由于消除了极化和有效的质量减少，从极化h-LED切换到c-LED会使效率从45%下降到22%（即降低51%）。进一步发现，c-LED的量子效率对俄歇电子-空穴不对称性、俄歇系数的增加以及由此产生的效率降低机制不敏感。因此，立方相InGaAlN绿色LED为消除效率下降提供了合适的解决方案。

 

参考文献

 

Y.-C. Tsai, J.P. Leburton, C. Bayram, 'Quenching of the Efficiency Droop in Cubic Phase InGaAlN Light-Emitting Diodes,' IEEE Trans. Electron Devices (2022)

 

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