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揭开LED最鲜为人知的秘密 - 消费电子 - 免费猫

发布时间:2020-02-17 13:17:53 阅读: 来源:标签机厂家

揭开LED最鲜为人知的秘密 - 消费电子 - 电子工程网

图3.具有量子势阱和势垒极性匹配的LED通过减少电子泄漏,在大驱动电流下仍能表现出优异的性能。

对于量子势垒,我们将生长一种与GaN同样带隙宽度的四元化合物,并且能与典型量子阱的极性相匹配。这是一项十分艰巨的任务,因为生长高铟组分和高铝组分的AlGaInN层是非常困难的。但通过减少极性的不平衡,能显著地提高器件的性能。这也同样适用于电子阻挡层。

我们的模拟显示,对极性匹配做一下调整就能获得几乎所有的好处,而使用势垒和势阱只能减少一半的极性失配。关键点是将势垒的带隙宽度略微减小,就能在有源区内形成附加的载流子约束。

提高能效

这些调整已经带来一些令人鼓舞的结果。由于减缓了效率的下降,在大电流时光输出提高了20%(图3)。由于降低了载流子注入量子阱区的势垒的高度,正向电压也相应的降低了。减少量子阱区表面电荷的另一个好处是将总能效提高25%。调整还带来其它好处,由于量子阱内的电场强度更低,减少了波长随电流变化而产生的漂移。

很明显,人们对效率下降问题的兴趣在不断增加,这本身对LED的发展有益。我们加深了对它的了解,现有的设计看上去能解决这个问题。具有上述特性的商业器件就应该积极筹备开拓新的市场,直指终极目标——替代通用照明灯泡。

探索LED的结构

通过比较光激发和电偏压时光的输出,伦斯勒理工学院的研究人员研究GaInN蓝光LED中效率下降的问题。上述比较是以电子和空穴的产生速率是相同的为前提,结果显示效率下降是由于载流子输运引起的。

在稳态光激发的条件下,不应该存在例外的逃逸电子或空穴。如果发生了,就会损失一种载流子——这意味着在量子阱内形成了电场分布,产生额外的载流子泄漏。电子或空穴自发的逃逸也不太可能,因为空穴被严格的约束在势阱内。

无论如何,部分载流子确实从势阱中逃逸出来了。使用405nm激光轰击这一结构,会产生非零的开路电压。这是因为器件的正向偏置电压需要反向电流来补偿。净电流仍为零,这是任何一个没有接入外部电路的器件都必须遵守的。

正向偏置改变了LED的载流子输运。空穴和电子对量子阱的注入和逃逸速率会发生变化,往往会导致电子从势阱中泄漏出去。这需要LED在光激发和电偏置两种情况下不同的光输出效率来证明。RPI进行的测量证实了这一点。在电泵浦的器件中观察到了效率的下降,但在光激发的情况下却没有。这意味着某种形式的载流子复合机制在量子阱外的区域发生,造成了效率的下降。

感受内部的力

GaN具有纤锌矿晶体结构,并在c晶向上存在极化电场。当LED生长在这个晶向上时,由于各相邻层间在自发极化和应变诱发的压电极化两方面存在差异,会在界面间产生较大的表面电荷。通过减少有源区的电子束缚以及增加有源区的电子泄漏,这些电荷会降低LED的效率。

在传统的蓝光LED中,GaN势垒围绕在GaInN量子阱的两侧,势阱的n型区一侧表面电荷为负。这些电荷会排斥电子,并阻碍电子注入。势阱的p型区一侧表面电荷为正,会吸收电子,增加电子逃逸的可能性(图a)。

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