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基于蓝宝石和硅衬底生长的氮化镓发光二极管中的效率下降与有效有源体积

DOI：10.3390/app9194160 期刊：Applied Sciences 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 我们比较了生长在硅(111)和c面蓝宝石衬底上的InGaN多量子阱(MQW)蓝光发光二极管(LED)结构的效率衰减特性，并采用有效有源体积缩减的速率方程模型分析了效率衰减特征。研究发现，硅衬底LED样品的效率衰减程度较相同结构的蓝宝石衬底LED样品显著降低。通过速率方程模型对实测外量子效率进行拟合时发现，硅衬底上MQW的有效有源体积约为蓝宝石衬底上的1.45倍。硅衬底LED较低的效率衰减可归因于其相比蓝宝石衬底LED具有更大的有效有源体积。模拟结果表明：随着内建电场增强，量子阱内电子与空穴分布的重叠度降低以及MQW中载流子分布不均匀，会导致有效有源体积减小。硅衬底与蓝宝石衬底LED的MQW内建电场差异可能是造成两者有效有源体积不同、进而导致效率衰减差异的主要原因。
作者： Han-Youl Ryu，Geun-Hwan Ryu，Chibuzo Onwukaeme
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

比较生长在硅(111)和c面蓝宝石衬底上的InGaN多量子阱(MQW)蓝光发光二极管(LED)结构的效率下降现象，并采用有效有源区体积减小的速率方程模型分析效率下降特性。

研究成果

硅基LED的效率衰减显著低于蓝宝石基LED，这归因于较低内电场导致的更大有效有源体积。有效有源体积的减小源于单量子阱活性宽度降低以及多量子阱层中内电场导致有效量子阱数量减少的共同作用。

研究不足

该研究的局限性在于所报告的C系数值存在不确定性，以及假设硅和蓝宝石衬底上的LED具有相同的B和C系数。此外，InGaN量子阱中铟组分波动对有效有源体积的影响尚未深入探究。

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