編輯推薦：本文研究了不同電子阻擋層對GaN基綠光發光二極體的效率影響。採用常規AlGaN、梯度AlGaN、四元AlGaN和三元AlInN電子阻擋層，對每種器件的效能進行了評價。介紹了器件的載流子輸運、輻射覆合率、靜電場、發射光譜和效率特性。

儘管III族氮化物取得了巨大的進步，但在高電流密度下，其效能顯著下降。考慮到高功率應用，來自巴基斯坦的研究人員模擬和分析了四種InGaN/GaN基綠光LED結構，分別是常規AlGaN、梯度AlGaN、四元AlGaN和AlInN電子阻擋層。相關論文以題目為“Analysis of various electron blocking layers to improve efficiency in green light-emitting diodes”發表在Ceramics International期刊上。

論文連結：

https：//www。sciencedirect。com/science/article/pii/S0272884220310956

最近，GaN/InGaN基發光二極體（LED）在背光照明和普通照明方面有著巨大的應用。但是出現了“效率下降”問題。各種物理機制已被報道為這種下降的可能原因，

包括俄歇複合、電子洩漏、極化場、有限空穴注入、載流子離域和量子受限斯塔克效應

（QCSE）。傳統上，在InGaN/GaN發光二極體中使用AlGaN電子阻擋層（EBL）以減少有源區的電子洩漏。AlGaN電子束層除了最小化熱電子逃逸外，還增加了空穴的勢壘高度，導致量子勢壘（QB）和電子束層介面處的能帶彎曲。研究人員提出了許多可能的解決方案來緩解這個問題。已經提出了幾種EBL設計，包括梯度EBL、三元AlInN EBL、AlGaN/GaN/AlGaN基EBL、四元（GaAlInN）EBL和一些特別設計的EBL。

在這項研究中，

使用Apsys模擬了四種不同電子阻擋層的LED的光學和電學特性。

有源區由三對量子阱（QW）組成。每個阱和勢壘的厚度分別為2。6 nm和8。5 nm。有源區位於p-GaN（厚度：0。15μm，摻雜：1×1018cm−3）和n-GaN（厚度：3μm，摻雜：5×1018cm−3）之間。在常規發光二極體（CLED）中，在有源區和p-GaN之間插入Al0。15Ga0。85NEBL（厚度：0。020μm，摻雜：3×1017cm−3）。在梯度AlxGa（1-x）NEBL（GeBL）中，生長方向的電子阻擋層中的鋁含量從0%到15%不等。在四元EBL（QLED）中，用四元Ga0。65Al0。2In0。15N取代傳統的EBL。類似地，在三元LED（TITE）中，採用三元Al0。8In0。2N組成作為EBL。所有EBL的厚度都是相同的。具有不同EBL的整體器件結構示意圖如圖1所示。

圖1。GaN基3QW發光二極體原理圖（a）常規EBL（CLED），（b）分級EBL（GEBL），（c）四元EBL和三元EBL。

圖2（A）、（B）、（C）和（D）分別顯示了CLED、GLED、QLED和TITED的能帶圖。為了緩解電子溢位，典型的GaN基LED在結構的p側採用AlGaN EBL。如圖2（A）所示，由於CLED的最後勢壘和常規EBL介面的巨大極化效應，電子仍然可以在不與空穴重組的情況下逃離有源區。CLED空穴的價帶有效勢壘高度為347 meV。在GLED中，可以在圖2（B）中觀察到漸變EBL，這導致孔的有效勢壘高度降低，即與CLED相比，有效勢壘高度降低，即309meV。有效勢壘高度的降低與文獻一致。

圖2。（a）CLED（b）GLED（c）QLED（d）TLED的能帶結構。陰影區域顯示電子阻擋層。

圖3示出了分別在40A cm−2處穿過四個LED結構中的有源區的載流子濃度。從圖3（a）可以觀察到，與其他LED相比，電子濃度在LED中最高。有趣的是，電子濃度第二高的是CLED。第三和第四高濃度的電子分別在GLED和QLED中。

圖3。比較（a）電子（b）空穴在整個有源區的濃度。

圖4（a）顯示了每個LED器件有源區內的模擬輻射覆合率。可以回顧，輻射覆合取決於每個量子阱內載流子的輻射覆合機率。

圖4。比較（a）跨有源區的輻射覆合和（b）所有LED的垂直電子電流密度。

總的來說，本文研究了GaN基綠色發光二極體中不同EBL的效能。結果表明，與其他LED結構相比，QLED具有最高的內部量子效率和最低的效率下降。

QLED似乎是實現最高效率的最有前途的器件

。（文：愛新覺羅星）

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