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title: "蓝 LED：复合与效率互动实验｜Sandbox Physics"
description: "蓝 LED 为什么会更亮，却更不省载流子？电流增大，总光子数可以增加，但每个注入载流子发出光子的机会反而变小。这个模型中，高密度下三次损失增长得比辐射复合快，外量子效率便会下降，亮度仍可继续增加。"
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last_modified: "2026-10-24"
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C-X1c · 注入的载流子去了哪里

# 蓝 LED：复合与效率

**蓝 LED 为什么会更亮，却更不省载流子？** 电流增大，总光子数可以增加，但每个注入载流子发出光子的机会反而变小。这个模型中，高密度下三次损失增长得比辐射复合快，外量子效率便会下降，亮度仍可继续增加。

把电子与空穴注入蓝光有源阱。看发光复合怎样和缺陷、高密度损失竞争，再采一条外量子效率曲线。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

均匀稳态 ABC 模型假定三纳米有源阱中的电子、空穴密度相等。缺陷、辐射和三次复合系数均为合成参数，发光波长固定为四百五十纳米。出光比例是外部给定的光子提取率。三次损失用来展示一种高密度损失通道，不能据此判定真实 LED 效率下降的原因。不含注入泄漏、加热、极化场、局域化、波长漂移、光学干涉和空间输运。剖面与粒子运动均为示意。

合成模型采集

## 不同注入强度下的效率

已采扫描保留生成它时的设置。

> 合成扫描数据；坐标定义与模型假设保留在正文。

$J/(\mathrm A\,\mathrm{cm}^{-2}),\quad\eta_{\rm EQE}/\%$

电流密度横轴采用对数刻度。圆点标出这条扫描保存的工作点。

### 载流子对在哪个通道复合

青色为辐射复合，橙色为缺陷损失，粉色为三次损失。出光之前，这三项比例之和为一。

诺奖 · 凝聚态与电子器件

## 原来的实验究竟证明了什么？

沿着装置、观测和解释去读历史证据。每篇文章都会说明这个教学模型能解释哪一步。

[阅读历史证据](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/blue-led/) [查看六条阅读路径](https://sandboxphysics.com/zh/stories/condensed-matter/)

物理教程

## 蓝 LED：复合与效率

**背景** 蓝 LED 把电子和空穴送到有源阱。部分复合发出光子，另一些通道把能量交给了不发光的过程。

**为什么值得理解** 光功率上升不代表效率提高。把光子数和同一次注入的电流联系起来，才能看清两者。

先抓重点

- **核心问题**: 蓝 LED 为什么会更亮，却更不省载流子？
- **一句话直觉**: 亮度看发出了多少光子，效率看每个注入载流子平均带出了多少光子。

### 核心数学模型

#### 稳态载流子平衡

$$
\frac{J}{qd}=An+Bn^2+Cn^3
$$

均匀稳态模型中，三个通道合起来消耗全部注入载流子对。

#### 外量子效率

$$
\eta_{\rm EQE}=\eta_{\rm ext}\frac{Bn^2}{An+Bn^2+Cn^3}
$$

只有辐射复合产生光子，产生的光子中又只有提取出来的部分能离开器件。

### 常见难点

#### 一个常见误解

**容易误解** 最亮的工作点一定也最省载流子。

**正确理解** 更大的注入可以弥补更低的发光比例。判断效率时，还要比较每个注入载流子带出的光子数。

### 动手实验

1. 01

   #### 看有源阱发光

   选“明亮有源阱”，改变“注入电流密度”。

   **你会看到：** 电子与空穴抵达有源阱，蓝色光子向外射出。

2. 02

   #### 增大缺陷损失

   选“缺陷损失”，比较各复合通道的比例。

   **你会看到：** 更多载流子对经缺陷通道消失，有用的光减少。

3. 03

   #### 沿曲线寻找效率下降

   选“效率下降”并记录扫描，比较光功率与效率。

   **你会看到：** 高注入下，三次通道比辐射复合长得更快。总光功率继续增大时，效率仍可能下降。

物理结论

亮度看发出了多少光子，效率看每个注入载流子平均带出了多少光子。

场、流体与物质 · 入门路径

## 从电场到电子显微镜

先看懂电场、学会操控带电粒子，再算出电子的波长，用电子束观察晶体和表面。

[从这里开始 → **看见电场** 在偶极子周围移动探针，看电场是不是总指向电势地形的下坡方向。 观察 · 8 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electric-field/)

1. [1 看见电场](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electric-field/)
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6. [6 SEM 二次电子表面形貌](https://sandboxphysics.com/zh/labs/sem-topography/)

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