揭秘LED最鲜为人知的秘密：感受内部的力

　　效率下降是阻碍GaN基LED在高电流密度这一重要的新兴应用领域大施拳脚的主要原因。但RPI的研究人员表示，通过采用极性匹配的外延结构可以克服这一缺点。

　　LED制造商们目前非常关注一些新的市场，例如汽车前灯、大屏幕显示和普通照明。从某种程度上说，降低价格能帮助LED打入这些领域，但仅仅如此还不够。LED的芯片还需要在大驱动电流下也能实现高功效。这也意味着需要解决功率下降这一广受关注的问题。

　　通过比较电和光激发LED的输出情况，可以帮助RPI的相关研究人员研究GaN基器件功率下降的原因。

　　功率下降具体来说是指蓝光、绿光和白光LED在电流增大时效率反而下降的现象。GaN基LED通常仅在电流密度10A cm-2时效率达到峰值，电流密度为100A cm-2时效率降为峰值的一半。这引起了大家的关注，当今的高亮度芯片都需要在比10A cm-2大得多的电流密度下高效地工作。

　　攻克这一难题显然非常重要，而且它已经吸引了全球工业界和学术界大批研究人员的兴趣，其中也包括我们位于纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院的研究团队，我们在过去的几年里一直在探索效率下降这一问题的根源。我们相信我们能找到症结所在，并通过完全不同的LED设计克服这一问题。

　　我们与位于新墨西哥州Sandia国家实验室的Mary Crawford研究小组合作，一起研究功率下降问题的成因。我们关注位错密度对于LED效率的影响，发现位错会降低低电流密度时的效率，但并不影响高电流密度下的效率降低问题。

　　在低电流密度时，载流子通常在一个陷阱辅助的过程（即SRH复合）中损失掉了，而且会随着位错密度的增加变得更加严重。通过增强自发辐射，加大电流密度起初会提高效率，但随着电流的进一步增加，另一个与之抗衡的载流子损耗机制会引发效率的下降。

　　漏电的LED

　　我们还与韩国三星电机公司合作。这一努力终于让我们找到了效率下降的原因——由于量子势阱层、量子势垒层和电子阻挡层之间的极性失配导致的有源层电子泄漏。

　　我们的解释能说明为什么高电流密度时效率下降的主要原因——当提高驱动电压时，会导致更多注入的电子逃出有源层，抵达LED的p型区，从而与p电极处的空穴进行非辐射复合（图2）。

　　通过比较LED器件在电偏压和光激发时的光输出（详见“探索LED的结构”），该理论已通过实验得到了验证。我们在使用数值模拟工具将载流子泄漏与极性失配联系起来之前，就曾表明在量子阱外也有复合机制发生。