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你的LED有缺陷嗎?

2016年04月21日  | Carolyn Mathas

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根據一個研究計畫指出,似乎在LED原子結構(atomic structure)的撕裂(hamstring)效能存在一種類型的缺陷。若能想辦法去除這個缺陷點,將可提供更有效和更持久的LED。


由加州大學聖塔芭芭拉分校(UCSB)教授Chris Van de Walle帶領的研究小組,在4月4日發行的「應用物理快報(Applied Physics Letters)」發表了一篇以他們的研究結果寫就的一篇有特色的文章。研究小組發現,評估LED材料中是否存在缺陷是有可能進行評估的,且這些知識可用於提高材料的品質。LED的效能很大程度依賴於半導體材料在原子階段的品質。


Van de Walle表示,「在一顆LED中,電子從一側被注入,並從其他部分鑿洞。當電子行進在半導體的晶格時,在這種情況下,基於氮化鎵(gallium-nitride)的材料,電子和空孔洞(不存在電子)的相遇,則是負責二極管發出的光:隨著電子遇到孔洞,它會轉為能量較低的狀態,並在沿途釋放光子。」


此概要的能量帶示意圖描述在一個伴隨帶寬E<sub>g</sub>材料中的(+1/0)缺陷等級SRH複合。如果缺陷最初發生在+1電荷狀態,複合會繼續進行,透過(1)R<sub>n</sub>電子捕獲率,和(2)R<sub>p</sub>˙C<sub>n</sub>(C<sub>p</sub>)孔洞捕捉率等捕捉係數,N<sup>+</sup>(N<sup>0</sup>)是在+1(0)充電狀態的缺陷密度,n(p)是電子(空孔)的密度。(資料來源:Applied Physics Letters)
此概要的能量帶示意圖描述在一個伴隨帶寬Eg材料中的(+1/0)缺陷等級SRH複合。如果缺陷最初發生在+1電荷狀態,複合會繼續進行,其中(1)Rn電子捕獲率,和(2)Rp˙Cn(Cp)孔洞捕捉率等捕捉係數,N+(N0)是在+1(0)充電狀態的缺陷密度,n(p)是電子(空孔)的密度。(資料來源:Applied Physics Letters)

當電荷載體相遇但未產生光時,導致蕭特基-里德-霍爾(Shockley-Read-Hall,SRH)複合,LED問題就會出現了。當電荷載體在晶格結合但不發光時,它們會在缺陷被捕獲。


這些缺陷包括帶氧(oxygen)和氫(hydrogen)的鎵空缺(gallium vacancies)複合物,這可在氮化物半導體預先被觀察到。現在,根據研究報告主要撰寫者Cyrus Dreyer的說法,其不利影響終於明瞭了。


依據Van de Wall的說明,Audrius Alkauskas負責理論形式主義的發展,這在計算該缺陷捕獲電子和空孔的速率上是必要的。他的工作將透過SRH複合的發生,被用來識別其它缺陷。





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