gan基led效率衰减问题研究报告

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1、GaN基LED效率衰减问题研究报告材料物理与化学杨孝东2011.1.8概要1.LED发展趋势2.LED效率衰减的原因3.LED效率衰减的解决途径4.我们可以开展的工作5.结论LED发展趋势作为目前全球最受瞩目的新一代光源，LED因其高亮度；低热量；长寿命；可回收利用的优点，被称为21世纪最有发展前景的绿色照明光源。Ⅲ-Ⅴ族GaN基LED因发光波长涵盖了整个可见光波段，而备受关注。随着现有LED制造技术的成熟，LED向高亮度；大功率；低损耗方向发展，这就要求LED有大的注入电流，但GaN基LED随着注入电流的增加效率衰减是制约其发展的一个重要原因。更重要的是，对于其效率

2、衰减的原因还没有一个明确的解释。LED效率衰减原因LED效率的衰减主要有两种情况，一：量子井中电子空穴复合但并未产生光子，即所谓的非辐射复合。二：电子空穴注入浓度不一，电子越过量子井而产生漏电流。上述两种情况都可导致LED效率的衰减，但是导致这两种情况发生的原因却有很多不同的说法。目前，主流说法包括俄歇复合1；极化效应2,3,4；位错密度5；大的空穴质量和低注入6,7,8（载流子均匀性）。1.Y.-L.Lietal,Appl.Phys.Lett.91,181113（2007）2.JiuruXuetal.Appl.Phys.Lett.94,011113(2009)3.S.

3、C.Lingetal.Appl.Phys.Lett.96,231101(2010)4.M.F.Schubertetal.Appl.Phys.Lett.93.041102(2008)俄歇复合俄歇复合：半导体中，载流子从高能级到低能级的跃迁，电子和空穴复合时把能量通过碰撞而转移给另一个电子或另一个空穴的复合过程叫俄歇复合。这是一种非辐射复合。这种复合不同于带间直接复合，也不同于通过复合中心的间接复合，俄歇复合是电子和空穴的直接复合而同时将能量交给另一个自由载流子的过程。5.M.F.Schubertetal.Appl.Phys.Lett,91,231114(2007)6.X.

4、F.Nietal.Appl.Phys.Lett,93,171113(2008)7.J.Q.Xieetal.Appl.Phys.Lett,93,121107(2008)8.X.Nietal.Proc.ofSPIEVol.72161W-1(2010)俄歇复合示意图极化效应极化分为自发极化和压电极化。在一定温度范围内，单位晶胞正负电荷中心不重合，形成偶极矩，这种无外电场作用下存在的极化现象成为自发极化。压电极化：在电介质的极化方向上施加电场，电介质变形并在电介质的两个相对表面产生正负相反的电荷。极化的影响：极化效应一方面使得半导体的能带弯曲，降低空穴注入效率，一方面在异质结表

5、面产生极化电荷，降低LED效率。极化效应下LED能带图位错影响MartinF.Schubert研究了位错密度对LED效率衰减的影响，通过对两组不同位错密度的样品的分析，他发现低位错密度的样品有一个明显的EQE峰，随后效率开始衰减，对于高位错密度的样品，EQE峰值降低，效率衰减也随之降低。这就说明，位错不是效率衰减的主要原因。样品A低位错密度样品B高位错密度从b图可以看出样品B的效率衰减明显比样品A的效率衰减弱空穴的有效质量和注入效率的考虑大的空穴有效质量，低的空穴迁移率使得空穴很难越过量子井势垒，进入其它量子井中，因此空穴主要存在于最接近P区的量子井中。电子阻挡层对空穴

6、也有一定的阻挡作用，再加上低的P型参杂浓度，使得空穴的注入效率明显不如电子。C面蓝宝石LED电子空穴分布，我们发现电子在量子井中基本上均匀分布，而空穴主要存在于最接近于p区的量子井中。S.C.Lingetal.Appl.Phys.Lett,96,231101(2010)LED效率衰减解决途径位错和异质结结温同样被视为LED效率衰减的可能原因，但随着LED制造技术的成熟，位错和结温可以通过一定的方式削减；降低，但是对于效率衰减的改善并不明显，因此在效率衰减的解决途径上我们主要考虑三点，一：抑制俄歇复合二：削减极化三：增加空穴的注入；改善空穴分布均匀性。俄歇复合的抑制宽井是

7、抑制俄歇复合的有效方法，飞利浦支持俄歇复合的说法，因此也赞同采用宽井来削减效率衰减。Y.F.Li研究了井宽对LED效率衰减的影响，他发现随着井宽的变宽，LED效率峰向大电流方向移动，效率衰减明显改善。如左图所示，随着井宽从0.6nm增加到1.5nmLED的效率衰减明显改善.变温PL谱通过变温PL谱我们得到相对内量子效率，我们发现相对内量子效率随着井宽的增加而下降，主要原因是，薄井中电子空穴波函数空间交叠，导致高的内量子效率，随着井宽的增加，内部极化增加导致电子空穴波函数分离，以致电子空穴空间分离，使辐射复合率下降。极化是靠载流子的注入来补