GaN基发光二极管发光效率的仿真研究.doc

摘 要：LED是一种将电能直接转化成光能的固态半导体器件。LED的出现正在彻底改变照明行业，其中蓝光LED更是引领一个广泛使用高效LED照明的新时代。相对于传统光源，LED的优点在于响应速度快，使用寿命长，体积小，发光效率高，环保耐用，无热辐射等。尽管LED比以前的照明技术更有效，但LED的发光效率在较大的驱动电流下降低，这个现象被称为LED光效下降具体表现为随着驱动电流的增加，其发光效率迅速上升至最大值，然后随着电流增大，发光效率不断下降。此现象也限制了大功率，高亮度的LED发展。

本文通过使用高级数值仿真软件COMSOL Multiphysics来模拟GaN基发光二极管，进而研究并理解 LED 发光效率背后的作用机理。它演示了GaN基半导体的双异质结构，解释了其发光效率大的原因。研究了其载流子浓度，发射光谱。仿真研究了如何通过从电压驱动研究中产生合适的初始条件来解决电流驱动问题。发射光谱，强度和量子效率被计算为驱动电流的函数。研究最后得出GaN基发光二极管工作在开启电压对应的电流附近，随着电流的增加，发光效率下降，这一结果表明：以前的研究中为了不影响LED的发光效率，只有通过增加LED器件的面积，而我们的研究中可以通过增大驱动电流的方式，在不增大面积的同时消除或降低 LED 的光效下降的现象。

关键词： 发光功率下降；有限元法；COMSOL Multiphysics；GaN基LED

目录

摘要

Abstract

1 引言-5

1.1 LED介绍-5

1.2 LED发光原理-6

1.3 LED光效下降-6

1.3.1俄歇复合-6

1.3.2 电子泄露-6

2 研究方法-7

2.1 有限元分析法-7

2.2 COMSOL软件介绍-7

2.3 半导体模块-8

2.3 研究概况-9

3 建模仿真-9

3.1 模型定义-9

3.2 模块结构建模-10

3.3 建模研究-12

3.3.1能级-13

3.3.2载流子浓度-15

3.3.3建模模型对电流偏置的发射率-16

3.3.4InGaN层中心的发射光谱-21

3.3.5 InGaN层的总发射率与电流偏置-22

3.3.6器件的内部量子效率（IQE）-24

4 结论-25

参 考 文 献-27

致 谢-29