LED器件中的Droop效應是指在高電流密度下，LED的光效（或量子效率）隨注入電流的增加而下降的現(xiàn)象。具體來說，當LED的注入電流增大時，其光輸出功率并不會線性增加，反而會出現(xiàn)光效下降的現(xiàn)象，即“efficiency droop”。

Droop效應的成因復雜，目前尚未完全明確，但普遍認為與以下因素有關：俄歇復合（Auger recombination）、載流子溢出（carrier leakage）、載流子分布不均、極化場效應等。這些因素會導致非輻射復合增加，從而降低光子的產(chǎn)生效率，進而導致光效下降。

Droop效應的存在限制了LED器件的性能提升，尤其是在高功率LED中，為了實現(xiàn)更高的光通量，通常需要采用多顆LED或增加芯片面積，從而增加了成本和復雜性。因此，減少Droop效應是LED技術發(fā)展中的一個重要研究方向。

droop效應的主要成因

效率下降（efficiency droop）效應的主要成因在學術界存在多種理論，但根據(jù)現(xiàn)有資料，其主要成因包括電子泄漏、載流子解局域化、俄歇復合以及極化效應引起的量子限制效應、低的空穴注入效率、位錯等。

電子泄漏（Electron Leakage）多篇文獻指出，電子從活性區(qū)泄漏到p型層是導致效率下降的重要原因。例如，倫斯勒理工學院的研究表明，電子泄漏是導致效率下降的主要原因。此外，電子泄漏現(xiàn)象與注入電流增加時的場強增強有關，導致電子從活性區(qū)逃逸，從而降低光子發(fā)射效率。

然而，也有研究認為俄歇復合是Droop效應的主要成因之一。例如，指出，俄歇復合在高載流子密度下會顯著增加非輻射復合，從而導致光效下降。也提到，俄歇復合在高電流密度下可能成為非輻射復合的主要機制。

極化效應引起的量子限制效應在Droop效應中的作用也受到關注。提到，量子限制效應會導致載流子能級離散化，影響載流子的復合過程，從而可能間接影響Droop效應。此外，提到，載流子的局域化和非輻射復合是影響LED光效的重要因素。

綜合來看，Droop效應的成因復雜，涉及電子泄漏、俄歇復合、量子限制效應以及載流子分布不均等多種機制。不同研究和實驗條件下，不同機制的相對重要性可能有所不同。因此，目前尚無統(tǒng)一的定論，但載流子泄漏和俄歇復合被認為是主要的候選機制。

緩解efficiency droop效應的技術方案

緩解效率下降（efficiency droop）效應的技術方案主要集中在減少非輻射復合、優(yōu)化量子阱結(jié)構(gòu)、降低內(nèi)部電場和載流子密度等方面。以下是一些具體的技術方案：

• 優(yōu)化量子阱結(jié)構(gòu)：通過減薄勢壘厚度和增加量子阱數(shù)量，可以減少內(nèi)部電場和載流子密度，從而降低非輻射復合（如Auger復合）的影響，從而提高效率并減少效率下降。這種方法通過減少內(nèi)部電場和載流子密度，增強了整體效率并減少了效率下降。

• 應變工程：通過外部應力（如電鍍金屬）緩解壓應力，減少壓電極化，從而減少量子限制斯塔克效應（QCSE），提高內(nèi)部量子效率（IQE）。這種方法通過減少壓電極化，改善了量子阱中的電子-空穴分離，從而提高了器件性能。

• 載流子橫向限制：通過納米結(jié)構(gòu)（如納米柱）實現(xiàn)載流子橫向限制，減少缺陷復合，提高高注入電流下的發(fā)射效率。這種方法通過限制載流子在特定區(qū)域，減少非輻射復合，提高器件效率。

• 減少缺陷和缺陷相關復合：通過優(yōu)化生長工藝（如MOCVD）減少缺陷濃度，降低缺陷相關的非輻射復合。這種方法通過減少缺陷密度，減少非輻射復合路徑，提高器件效率。

• 電子阻擋層和能帶工程：通過設計電子阻擋層和能帶工程，控制載流子注入和復合過程，減少非輻射復合。這種方法通過優(yōu)化載流子注入和復合過程，提高器件效率。

這些技術方案從多個角度出發(fā)，針對效率下降的主要原因（如非輻射復合、載流子密度、缺陷等）進行優(yōu)化，從而有效緩解效率下降問題。

本文內(nèi)容轉(zhuǎn)載自，公眾號“半導體芯Talk”《LED器件中的droop效應簡介》，版權歸原作者所有，僅用于學習、交流用途。如涉及版權問題或侵權內(nèi)容，請及時聯(lián)系我們（手機|微信：13697356016），我們將第一時間處理或刪除。