载流子处理挑战光效下降现象

台湾国立交通大学的工程师的计算表明，电障层（barrier）组成成分的改变可以提高GaN LED的性能。通过修改空穴传输，可能设计出更有效和不容易出现光效下降现象（droop，即当电流加速时LED效率下降）的器件。

该研究小组用加拿大伯纳比Crosslight开发的APSYS软件探讨了三个不同的LED结构。所有这些LED设计都是在100 µm厚的蓝宝石上形成的，有一个4 µm厚的n型GaN层:一个活跃区，它包括六个2.5nm厚的In_0.15Ga_0.85N量子阱, 里面散布着10 nm厚GaN电障层；一个20 nm厚p型掺杂Al_0.15Ga_0.85N电子阻挡层；以及200 nm厚的p型掺杂覆盖层。

结构之间的差异与电障层设计的变化有关。第一个结构所有的电障层都是沿生长方向分级（按照铟组分中从5%到0；第二个只有在第五电障层分级；第三结构在第四和第五电障层中分级。这些是可能在真实器件中实现的掺杂分布。“我们的实验展示了相似的结构，”Hao-Chung Kuo说，他在“Applied Physics Letters上发表的一篇论文中报道了其结果。

LED建模——采用了1 ns的肖克利-瑞德-霍尔（Shockley-Read-Hall）复合时间、10^-31 cm⁶ s^-1量子阱中的俄歇（Auger）复合系数和300µm×300µm的器件尺寸，显示出只是第五电障层的掺杂实现了最大的改善。

这些所做的努力工作包括在40 mA cm^-2和200 mA cm^-2电流密度条件下电流密度模拟电子和空穴分布。在传统LED中，空穴累积在最靠近p区的阱中。但在有分级电障层的三种类型器件中情况并非如此，其中孔洞分布略更均匀，在第四、第五和第六阱有大量分布。电子分布通过存在的空穴进行了修改，在最接近的p型区的阱中发现了最多的负的载流子。

计算包括所有三个类型有分级电障层的LED的光输出功率和外部量子效率（EQE）。那些有两个或更多分级电障层的LED最擅长应对光效下降现象——相比峰值效率，在200 mA cm^-2 电流密度条件下的效率仅下降了6%或更少（以前相同标准测量的光效下降是10%）。

然而，这些设计有一个致命的缺陷：它们的EQE逊色于传统LED，因为空穴掺杂的过度改善并不意味着器件效率的提高。相比之下，虽然分级只是在第五电障层，导致空穴传输方面小的改善，但它在200 mA cm^-2条件下增加了标准LED的EQE 42%。

目前，该小组希望进一步证明实际器件中分级电障层的好处和缺陷。“我们已与Epistar合作了一段时间，”Kuo说，“我们将在这个项目上一起工作。”