LED追踪效率下降的来源

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校修改了发光二极管 （LED） 的 ABC 模型，以便能够提取内部量子效率 （IQE），从而评估了降低 LED 性能的各种影响 [P. Thirasuntrakul， Appl. Phys. Lett.， v126， p211103， 2025]。

ABC 模型是指一个理论假设，即 LED 中的载流子复合速率可以表示为载流子浓度 （n） 中的简单幂级数：An+Bn2+中文3.ABC 系数分别大致分别与

• Shockley-Read-Hall 重组，

• 电子-空穴复合成光子，产生我们想要的 LED 光，以及

• 俄歇-迈特纳复合，其中三个载流子相互作用，其中两个载流子重新组合的能量由第三个载流子而不是光子携带。

分离并不像建议的那么干净。用于制造蓝光和绿光 LED 的氮化铟镓 （InGaN） 系统具有电荷极化的化学键，可将自发和应变依赖性电场引入多个量子阱结构。这些字段会对效率产生不利影响，使分析复杂化。随着铟含量的增加，发射波长的延长，偏振效应变得更差。

研究人员报告说：“研究发现，在商用绿光 LED 中，固有的 Auger-Meitner 复合诱导的下降约占总效率下降的 49%，而偏振诱导效应约占 35%，热下降占近 16%。这些发现表明，为了消除绿色差距，分别寻找具有低固有 Auger-Meitner 系数和极化场的材料和器件设计至关重要。

希望通过混合来自平衡 LED 的红、绿和蓝光 （RGB） 来提高固态照明的效率，但“绿色间隙”是实现这一目标的障碍。该团队指出：“目前绿光 LED 电光转换效率 （WPE） 在 100A/cm 时为 19%2.为了实现能源部 （DOE） 到 2035 年减少 1.96 亿公吨碳排放量的目标，已为绿色 LED 设定了 55% 的 WPE 目标。要实现这一目标，需要探索 InGaN 绿光 LED 中的效率下降因素。

图 1：绿光 LED 效率与电流密度的函数关系。关键：黑色圆圈，使用光电模型 （OEM） 计算的内部量子效率 （IQE）;蓝色三角形，脉冲电流下的 IQE;红色方块，恒流下的 IQE;以及绿色的倒三角形;恒流下的外部量子效率 （EQE）;实验确定的曲线，实线;模型派生曲线，虚线。

研究人员使用来自 Cree XLAMP XP-E2 InGaN 绿色 LED 的数据，在 25°C 加热台上运行镜头，估计了各种因素对改进的“ABC”模型下垂效应的贡献（图 1）。在 75A/cm2电流密度，研究人员估计固有的 Auger-Meitner 复合占下降 22%，电荷极化效应占 15.7%，热效应占 7.5%，光提取占 10.3%。俄歇极化热效应构成了“效率下降”，因此这些对效率下降的贡献估计分别占总数的 48.7%、34.7% 和 16.6%。

图 2：逆归一化 EQE （η电磁/ηE） 作为 P 的函数规范1/2+ P规范−1/2.

未修改的 ABC 模型给出了逆 EQE （1/ηE） 和在积分球中测得的光输出功率的平方根的组合（图 2），两者均归一化为最大值。图 2 中图表的点 （2,1） 表示 EQE 的最大值，其中 P规范= 1 和 ηE= η电磁.线性关系在低电流侧（即在达到最大 EQE 之前）保持良好，但在高电流（在下垂区域）时，曲线变得非线性，当注入恒定而不是脉冲时更是如此。脉冲测量通常用于减少对效率的热影响。

变量 y = （η 中的线性方程电磁/ηE） 和 x = P规范1/2+ P规范−1/2是 y = η我（1 + x/Q），其中 η我是内部量子效率 （IQE），Q 是品质因数。IQE 可以从线性低电流数据中提取为 81.8%。

研究人员使用拉曼光谱来评估电流注入引起的结温变化。假设温度相对于光功率呈典型的指数下降，研究人员可以推断回没有热效应的输出功率 （POEM代工).The IQEOEM代工在这个光-电-热模型 （OETM） 上，可以使用这些功率值计算，就像具有恒定和脉冲作的 IQE 一样。