Оже-рекомбінація в полярних InGaN/GaN квантових ямах
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.9.620Ключові слова:
InGaN квантовi ями, оже-рекомбiнацiя, поляризацiяАнотація
Проведено розрахунок швидкостi оже-рекомбiнацiї в полярних квантових ямах InxGa1−xN/GaN на основi моделi повних енергетичних зон. Ключовими складовими розрахункової моделi були зоннi структури об’ємних бiнарних нiтридiв (GaN та InN), що отримувалися методом емпiричного псевдопотенцiалу, та зоннi структури квантових ям InxGa1−xN/GaN (для рiзних x), що отримувалися методом лiнiйної комбiнацiї об’ємних зон. Розраховано залежнiсть коефiцiєнтiв оже-рекомбiнацiї вiд ширини забороненої зони, товщини квантової ями та концентрацiї носiїв заряду. Результати розрахунку показують, що оже-коефiцiєнти в квантових ямах набагато слабше залежать вiд ширини заборонної зони, нiж у випадку об’ємних InxGa1−xN сполук. Залежнiсть оже-коефiцiєнтiв вiд товщини ями має сильний осциляцiйний характер. При високих концентрацiях носiїв заряду спостерiгається значне спадання оже-коефiцiєнтiв, що є наслiдком впливу статистики Фермi на розподiл носiїв заряду по квантових станах.
Посилання
1. J. Iveland, L. Martinelli, J. Peretti, J. S. Speck, C. Weisbuch. Direct measurement of Auger electrons emitted from a semiconductor light-emitting diode under electrical injection: Identification of the dominant mechanism for efficiency droop. Phys. Rev. Lett. 110, 177406 (2013).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.177406
2. M. Binder, B. Galler, M. Furitsch, J. Off, J. Wagner, R. Zeisel, S. Katz. Investigations on correlation between I-V characteristic and internal quantum efficiency of blue (AlGaIn)N light-emitting diodes. Appl. Phys. Lett. 103, 221110 (2013).
https://doi.org/10.1063/1.4833895
3. D.J. Myers, A.C. Espenlaub, K. Gelzinyte, E.C. Young, L. Martinelli, J. Peretti, C. Weisbuch, J.S. Speck. Evidence for trap-assisted Auger recombination in MBE grown InGaN quantum wells by electron emission spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 116, 091102 (2020).
https://doi.org/10.1063/1.5125605
4. A. David, M.J. Grundmann. Droop in InGaN lightemitting diodes: A differential carrier lifetime analysis. Appl. Phys. Lett. 96, 103504 (2010).
https://doi.org/10.1063/1.3330870
5. B. Galler, P. Drechsel, R. Monnard, P. Rode, P. Stauss, S. Froehlich, W. Bergbauer, M. Binder, M. Sabathil, B. Hahn, J. Wagner. Influence of indium content and temperature on Auger-like recombination in InGaN quantum wells grown on (111) silicon substrates. Appl. Phys. Lett. 101, 131111 (2012).
https://doi.org/10.1063/1.4754688
6. A. David, N.G. Young, Ch.A. Hurni, M.D. Craven. Alloptical measurements of carrier dynamics in bulk-GaN LEDs: Beyond the ABC approximation. Appl. Phys. Lett. 110, 253504 (2017).
https://doi.org/10.1063/1.4986908
7. F. Nippert, S.Yu. Karpov, G. Callsen, B. Galler, Th. Kure, C. Nenstiel, M.R. Wagner, M. Strasburg, H.-J. Lugauer, A. Hoffmann. Temperature-dependent recombination coefficients in InGaN light-emitting diodes: Hole localization, Auger processes, and the green gap. Appl. Phys. Lett. 109, 161103 (2016).
https://doi.org/10.1063/1.4965298
8. J. Piprek, F. Romer, B. Witzigmann. On the uncertainty of the Auger recombination coefficient extracted from InGaN/GaN light emitting diode efficiency droop measurements. Appl. Phys. Lett. 106, 101101 (2015).
https://doi.org/10.1063/1.4914833
9. K.T. Delaney, P. Rinke, C.G. Van de Walle. Auger recombination rates in nitrides from first principles. Appl. Phys. Lett. 94, 191109 (2009).
https://doi.org/10.1063/1.3133359
10. F. Bertazzi, M. Goano, E. Bellotti. A numerical study of Auger recombination in bulk InGaN. Appl. Phys. Lett. 97, 231118, (2010).
https://doi.org/10.1063/1.3525605
11. F. Bertazzi, M. Goano, E. Bellotti. Numerical analysis of indirect Auger transitions in InGaN. Appl. Phys. Lett. 101, 011111 (2012).
https://doi.org/10.1063/1.4733353
12. E. Kioupakis, P. Rinke, K.T. Delaney, C.G. Van de Walle. Indirect Auger recombination as a cause of efficiency droop in nitride light-emitting diodes. Appl. Phys. Lett. 98, 161107 (2011).
https://doi.org/10.1063/1.3570656
13. E. Kioupakis, D. Steiauf, P. Rinke, K.T. Delaney, C.G. Van de Walle. First-principles calculations of indirect Auger recombination in nitride semiconductors. Phys. Rev. B 92, 035207 (2015).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.035207
14. A.V. Zinovchuk, A.M. Gryschuk. Alloy-assisted Auger recombination in InGaN. Opt. Quant. Electron. 50, 455 (2018).
https://doi.org/10.1007/s11082-018-1704-9
15. F. Bernardini, V. Fiorentini. Spontaneous versus piezoelectric polarization in III-V nitrides: Conceptual aspects and practical consequences. Phys. Stat. Sol. B 216, 391 (1999).
https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3951(199911)216:1<391::AID-PSSB391>3.0.CO;2-K
16. J. Hader, J.V. Moloney, B. Pasenow, S.W. Koch, M. Sabathil, N. Linder, S. Lutgen. On the importance of radiative and Auger losses in GaN-based quantum wells. Appl. Phys. Lett. 87, 201112 (2005).
17. R. Vaxenburg, A. Rodina, E. Lifshitz, A.L. Efros. The role of polarization fields in Auger-induced efficiency droop in nitride-based light-emitting diodes. Appl. Phys. Lett. 103, 221111 (2013).
https://doi.org/10.1063/1.4833915
18. R. Vaxenburg, E. Lifshitz, and A.L. Efros. Suppression of Auger-stimulated efficiency droop in nitride-based light emitting diodes. Appl. Phys. Lett. 102, 031120 (2013).
https://doi.org/10.1063/1.4789364
19. F. Bertazzi, X. Zhou, M. Goano, G. Ghione, E. Bellotti. Auger recombination in InGaN/GaN quantum wells: A full-Brillouin-zone study. Appl. Phys. Lett. 103, 081106 (2013).
https://doi.org/10.1063/1.4819129
20. J.M. McMahon, E. Kioupakis, S. Schulz. Atomistic analysis of Auger recombination in c-plain (In,Ga)N/GaN quantum wells: Temperature-dependent competition between radiative and nonradiative recombination. Phys. Rev. B 105, 195307 (2022).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.195307
21. D. Iida, Z. Zhuang, P. Kirilenko, M. Velazquez-Rizo, M.A. Najmi, K. Ohkawa. 633-nm InGaN-based red LEDs grown on thick underlying GaN layers with reduced in-plane residual stress. Appl. Phys. Lett. 116, 162101 (2020).
https://doi.org/10.1063/1.5142538
22. D. Esseni, P. Palestri. Linear combination of bulk bands method for investigating the low-dimensional electron gas in nanostructured devices. Phys. Rev. B 72, 165342 (2005).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.165342
23. D. Vasileska, S.M. Goodnick, G. Klimeck. Computational Electronics: Semiclassical and Quantum Device Modeling and Simulation (CRC Press, 2010).
24. Z.H. Mahmood, A.P. Shah, A. Kadir, M.R. Gokhale, S. Ghosh, A. Bhattacharya, B.M. Arora. Determination of InNпїЅGaN heterostructure band offsets from internal photoemission measurements.Appl. Phys. Lett. 91, 152108 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2794788
25. P.Y Prodhomme, A. Beya-Wakata, G. Bester. Nonlinear piezoelectricity in wurtzite semiconductors. Phys. Rev. B 88, 121304(R) (2013).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.121304
26. K .Adachi, H. Ogi, A. Nagakubo, N. Nakamura, M. Hirao, M. Imade, M. Yoshimura, Y. Mori. Elastic constants of GaN between 10 and 305 K. J. Appl. Phys. 119, 245111 (2016).
https://doi.org/10.1063/1.4955046
27. J. Serrano, A. Bosak, M. Krisch, F.J. Manjon, A.H. Romero, N. Garro, X. Wang, A. Yoshikawa, M. Kuball. InN thin film lattice dynamics by grazing incidence inelastic X-ray scattering. Phys. Rev. Lett. 106, 205501 (2011).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.205501
28. O. Bonno, J.L. Thobel, F. Dessenne. Modeling of electronelectron scattering in Monte Carlo simulation of quantum cascade lasers. J. Appl. Phys. 97, 043702 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.1840100
29. H. Haug S.W. Koch. Quantum Theory of the Optical and Electronic Properties of Semiconductors (World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2004).
30. A. David, N.G. Young, C. Lund, M.D. Craven. Reduction of efficiency droop in c-plane InGaN/GaN light-emitting diodes using a thick single quantum well with doped barriers. Appl. Phys. Lett. 115, 193502 (2019).
31. D. Schiavon, M. Binder, M. Peter, B. Galler, P. Drechsel, F. Scholz. Wavelength-dependent determination of the recombination rate coefficients in single-quantum-well GaInN/GaN light emitting diodes. Phys. Status Solidi B 250, 283 (2013).
https://doi.org/10.1002/pssb.201248286
32. T.H. Ngo, B. Gil, B. Damilano, K. Lekhal, P. De Mierry. Internal quantum efficiency and Auger recombination in green, yellow and red InGaN-based light emitters grown along the polar direction. Superlatt. Microstruct. 2103, 245 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.spmi.2017.01.026
33. C. Smith, R.A. Abram, M.G. Burt. Theory of Auger recombination in a quantum well heterostructure. Superlatt. Microstruct. 1, 119 (1985).
https://doi.org/10.1016/0749-6036(85)90105-3
34. R.I. Taylor, R.A. Abramz, M.G. Burt, C. Smith. A detailed study of Auger recombination in 1.3μm InGaAsP/InP quantum wells and quantum well wires. Semicond. Sci. Technol. 5, 90 (1990).
https://doi.org/10.1088/0268-1242/5/1/013
35. G.E. Cragg, A.L. Efros. Suppression of Auger processes in confined structures. Nano Lett. 10, 313 (2010).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
