研究發(fā)現：俄歇復合是LED效率下降的禍首

LED droop是指在較高電流操作下，發(fā)光二極管的外部量子效率會(huì )下降。UCSB的Kris Delaney, Patrick Rink及Chris Van deWalle計算顯示，效率下降的禍首是俄歇復合，它是一種非輻射式的復合行為，在2.5eV(對應波長(cháng)為0.5 μm)時(shí)達到顛峰。這同時(shí)也解釋了“綠色缺口”——即波長(cháng)從藍光進(jìn)入綠光波段時(shí)，LED的量子效率會(huì )下降的由來(lái)。

稍早LED制造商Philips Lumileds根據實(shí)驗結果主張，俄歇復合是在較高電流下效率下降的主因，這種非輻射式復合過(guò)程牽涉到三個(gè)載子的交互作用，其中至少包含一個(gè)電子與一個(gè)空穴。UCSB的計算結果支持這種說(shuō)法，而不像其它理論研究團隊認為俄歇復合對于LED droop的影響可以忽略，個(gè)中的差異在于采用不同的氮化物能帶結構：UCSB團隊找到第二條導帶(conduction band)，并納入計算中。

UCSB團隊的氮化鎵能帶結構是利用密度泛函理論(density-functional theory)結合多體微擾理論(many-body perturbation theory)所計算得到。接著(zhù)他們采用蒙特卡洛(Monte Carlo)法，計算了超過(guò)4千萬(wàn)個(gè)步驟的統計平均，才得到俄歇復合速率。

隨著(zhù)LED droop的機制被發(fā)現，未來(lái)的研究方向將聚焦于去除或降低俄歇復合所造成的損失。UCSB團隊在論文中討論了三種降低損失的方法，但都有缺點(diǎn)。其中一個(gè)方法是將氮化鉀長(cháng)成閃鋅礦(zinc-blende)晶格結構而非一般的纖鋅礦(wurtzite)結構，因為這可以將第二條導帶推到能量較高的位置，但是要長(cháng)出高質(zhì)量的閃鋅礦結構并非易事。其它作法包括利用應力或是改變InGaAlN的比例去調整能帶結構，不過(guò)計算顯示，這些變化都不會(huì )明顯提升LED的表現。