加州大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSB）的研究人員已經(jīng)證實LED原子結(jié)構(gòu)特定類型的缺陷，導(dǎo)致LED性能降低。研究人員預(yù)計，這樣的缺陷表征可能會導(dǎo)致難以生產(chǎn)出更有效和發(fā)光更持久的LED。

UCSB的概念插圖： GaN的晶格缺陷

　　Chris Van de Walle率領(lǐng)研究團隊開展此項工作。他說，如果LED材料存在這種缺陷，利用技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)這種缺陷。這些技術(shù)可以用來提高材料的質(zhì)量。不是所有創(chuàng)造出來的LED都是一樣的。事實上，很難制造出性能和特性一模一樣的LED。效率是LED最重要的特征。在原子層面上，LED的性能很大程度上依賴于半導(dǎo)體材料的質(zhì)量。

　　Van de Walle 說：“在LED中，從一個側(cè)面注入電子，從另一個側(cè)面注入電洞。”他們穿過半導(dǎo)體的晶格--基于氮化鎵的白色LED材料。然后，電子和電洞（電子缺失）會使二極管發(fā)光。當(dāng)電子遇到電洞時，它就轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài)，釋放光子。

　　有時，雖然電荷載體相遇，但不發(fā)光，產(chǎn)生所謂的肖克利讀霍爾（SRH）重組。據(jù)研究人員介紹，在相遇但不發(fā)光的晶格中捕獲缺陷的電荷載體，就會發(fā)生SRH重組。

　　研究人員已證實在氧和氫存在的條件下，鎵空位復(fù)合缺陷。該研究的第一作者Cyrus Dreyer 說：“這些缺陷以前在氮化物半導(dǎo)體觀察到過，但直到現(xiàn)在，才明白他們產(chǎn)生的有害影響。”

　　Van de Walle的合著者Audrius Alkauskas發(fā)展了理論框架，用于計算捕獲電子和電洞的缺陷率。Van de Walle說：“這將我們多年認(rèn)為的缺陷點與新的理論相結(jié)合，實現(xiàn)了突破性研究。”他們設(shè)計的方法適用于將自身于其他缺陷區(qū)別開，明確SRH復(fù)合發(fā)生的機制。

　　他說：“這些鎵空位復(fù)合物肯定不是唯一的有害缺陷，現(xiàn)在我們已經(jīng)找到方法，我們正在積極調(diào)查其他潛在缺陷，評估其對非輻射復(fù)合的影響。”研究人員詳細(xì)地介紹了他們的研究結(jié)果將在4月由應(yīng)用物理快報發(fā)布[ APL 108，141101（2016）]，并在雜志封面附圖。

　　這項研究由美國能源部科技辦公室和歐盟瑪麗·斯卡洛多斯卡·居里行動計劃資助。