“电子溢流”是LED光衰的根源

美国伦斯勒理工学院科研人员已经揭开了LED灯泡光衰(efficiency droop)背后的机理，这种机理使得LED大电流时会出现高达20%的光效损失。

　　注：由于导电带与价电带井深比例过低的缘故，因此无法有效地将导电带的电子局限于活性层的量子阱中而造成电子溢流(electron leakage)。

　　光衰问题首次提出是在1999年，而弗杰尼亚大学研究人员认为量子效率在大电流下的降低最终是由于溢流造成的。

　　最近《应用物理快报》的一篇论文提到，科研人员已经确认了溢流是光衰现象的罪魁祸首。该研究提供了第一个综合模型以揭示光衰背后发生的机理，也将会引导新技术去解决这个难题，伦斯勒理工学院E.Fred Schubert高级教授表示。“过去研究人员和lLED制造商在降低光衰方面取得过一些进展，但是有些进展的获得并不了解光衰原因。”

　　LED由三部分架构组成：带负电的n型晶体、带正电空穴的p型晶体，以及这两者之间的量子阱或有源区。

　　该研究的第一作者David Meyaard解释道，电子从n型材料注入到有源区，同时空穴从p型材料中注入到有源区。电子与空穴以相反方向移动，当它们在有源区相遇就会出现复合，复合过程中，电子移向更低能级，从而释放出光子。不幸的是，研究人员提醒说，随着电流的增加，LED光效会降低，随着电流的增加，其发出的光会相应减少。

　　Meyaard表示，他们团队的研究结果显示，在大电流状态下，产生于p型区的电场允许电子逃逸出有源区，从而无法实现与空穴复合，也就无法发光。这种现象叫做溢流，该说法是在5年以前就已经被提出了，但Meyaard表示，他们的团队的研究第一次无可争辩地证明了光束的发生机理。Meyaard表示，他们团队证实在足够强大的电场形成后，电子就逃逸出有源区。

　　“我们测量了电场形成与光衰直径的关联性，”Meyaard表示，“结果清晰证明其发生机理是电子溢流，同时我们还可以量化它。例如，在一个关键报告中，我们展示了大电流注入和光衰情况，从中可以看到它们之间良好关联性。而这在过去是不可能做到的，因为没有原理模型可以描述溢流如何发生作用。”

　　Schubert表示，他们的研究指出，由于电子移动性强于空穴，因此可以将二极管看做是由不同类型的载体组成的。

　　“如果电子和空穴有相似的特性，那么彼此对称；它们会在量子阱所在的中间区相遇，然后复合。我们使用电子比空穴移动性更强的材料系统来替代它，可以发现电子扩散更加容易，也更容易对电场有反应。由于这种不对称性，我们认为电子应该从量子阱穿过(shootover)或从量子阱萃取。那么它们就不会与空穴在有源区相遇，也就不会发光。”

　　Meyaard and Schubert称，基于这种模型，研究团队现在已经把注意力转向了开发新的LED架构上。