Alternatieve strategie om oppervlakterecombinatie te verminderen voor InGaN/GaN microlicht-emitterende diodes:de kwantumbarrières dunner maken om de huidige verspreiding te beheersen

Resultaten en discussies

Bewijs van de betere huidige opsluiting binnen de Mesa-regio door de kwantumbarrières voor μLED's te verdunnen

Het is algemeen bekend dat een meer geprefereerde gatinjectie kan worden verkregen wanneer de kwantumbarrières dun worden [33]. Het is echter niet duidelijk of dunne kwantumbarrières helpen om de stroom binnen de mesa's voor μLED's te beperken. Om dit punt aan te pakken, hebben we hier μLED's A, B en C, waarvoor de kwantumbarrièrediktes, volgens tabel 1, zijn ingesteld op respectievelijk 6 nm, 9 nm en 12 nm. Om de impact van oppervlakterecombinatie op de dragerdistributie [18] uit te sluiten, beschouwen we geen vallen in de mesa-periferie voor de onderzochte μLED's. Figuur 1 toont de berekende EQE en het optische vermogen in termen van het injectiestroomdichtheidsniveau voor respectievelijk μLED's A, B en C. Zoals getoond in Fig. 1, nemen zowel de EQE als het optische vermogen toe wanneer de kwantumbarrièredikte wordt verminderd, zodat de EQE-waarden voor μLED's A, B en C 28,8%, 24,0% en 22,2% zijn bij 40 A/ cm ² .

Berekende EQE en optische vermogensdichtheid in termen van injectiestroomdichtheid voor respectievelijk μLED's A, B en C

Afbeelding 2 toont de gatenconcentratieprofielen in het MQW-gebied voor μLED's A, B en C bij een stroomdichtheid van 40 A/cm ² . We kunnen zien dat wanneer de dikte van de kwantumbarrière wordt verminderd, de gatenconcentratie in de kwantumputten toeneemt. Ondertussen kan ook de ruimtelijke uniformiteit voor de gatenverdeling in de vier kwantumputten worden verbeterd. Daarom zijn de bevindingen hier voor μLED's consistent met die voor grote LED's, zodat behoorlijk dunne kwantumbarrières gatentransport kunnen bevorderen [33]. Zoals is vermeld, kan de stroom minder worden verspreid naar de mesa-rand wanneer dunne kwantumbarrières worden gebruikt. Vervolgens presenteren we de laterale gatenverdeling in de eerste kwantumput die het dichtst bij de p-EBL in Fig. 3a ligt. We vinden dat de gatenconcentratie afneemt met de laterale positie behalve de p-elektrode. Vervolgens berekenen we het droop-niveau voor gaten, dat wordt gedefinieerd als p_links -p_rechts /p_links . Hier, p_links en p_rechts worden respectievelijk aangeduid als de gatenconcentratie aan de linker mesarand en de rechter mesarand. De droop-niveaus zijn respectievelijk 10,7%, 10,3% en 9,8% voor μLED's A, B en C. Voor een betere illustratie normaliseren we de laterale gatenconcentratie die is weergegeven in figuur 3b. Het laat ook zien dat het droop-niveau toeneemt naarmate de kwantumbarrière dunner wordt.

Numeriek berekende gatenconcentratieprofielen in MQW-regio's voor μLED's A, B en C. Gegevens worden berekend bij een stroomdichtheid van 40 A/cm ² . Inzetfiguur toont de positie waarlangs de datumprofielen worden vastgelegd

(een ) Numeriek berekende gatenconcentratieprofielen, en (b ) genormaliseerde gatenconcentratieprofielen in de eerste kwantumput nabij de p-EBL voor respectievelijk μLED's A, B en C. Inzetfiguur toont de positie waarlangs de gatenconcentratieprofielen worden vastgelegd. Gegevens worden berekend bij een stroomdichtheid van 40 A/cm ²

Vervolgens tonen we de energiebanddiagrammen voor μLED's A, B en C in Fig. 4a-c. Het illustreert dat de valentieband-barrièrehoogten voor alle kwantumbarrières afnemen wanneer de kwantumbarrièredikte afneemt. De verminderde hoogte van de volantbandbarrière kan het gatentransport door het MQW-gebied beter vergemakkelijken, wat consistent is met Fig. 2. Aan de andere kant, wanneer de kwantumbarrières worden uitgedund, zal een overeenkomstige verminderde verticale soortelijke weerstand worden gegenereerd. Volgens het rapport van Che et al. [34], wanneer de verticale weerstand wordt verminderd, kan de laterale stroomspreiding worden onderdrukt, zodat de stroom de neiging heeft om los te komen van de mesarand. Deze speculatie wordt ook bewezen wanneer we verwijzen naar Fig. 3a en b.

Energiebanddiagrammen voor μLED's (a .) ) A, (b ) B, en (c ) C. E_v , en E_fh duiden respectievelijk de volantband en het quasi-Fermi-niveau voor gaten aan. De gegevenszorg berekend bij de stroomdichtheid van 40 A/cm ²

Zoals hierboven vermeld, zal de huidige verspreiding worden verbeterd door de kwantumbarrières te verdikken, wat zeker de recombinatieprocessen van de drager zal beïnvloeden. Vervolgens laten we de verhoudingen zien tussen de SRH-recombinatie en de stralingsrecombinatie aan de rand van de mesa's (zie figuur 5). De verhouding wordt berekend met behulp van \( {R}_{\mathrm{SRH}}/{R}_{\mathrm{rad}}={\int}_0^{{\mathrm{t}}_{\mathrm {M}\mathrm{QW}}}{R}_{\mathrm{SRH}}(x)\times \mathrm{dx}/{\int}_0^{{\mathrm{t}}_{{{ }_{\mathrm{M}}}_{\mathrm{QW}}}}{R}_{\mathrm{rad}}(x)\times \mathrm{dx} \), waarbij R _SRH (x) staat voor de SRH-recombinatiesnelheid, R _rad (x) geeft de stralingsrecombinatiesnelheid aan, en t_MQW is de totale dikte voor de MQW-regio. Figuur 5 laat zien dat de verhoudingen van R _SRH /R _rad beide in de rand van de mesa nemen af ​​naarmate de dikte van de kwantumbarrière toeneemt, wat betekent dat de stralingsrecombinatiesnelheid kan worden verbeterd door het stroomspreidingseffect voor ideale μLED-architecturen te verbeteren. Dit betekent dat μLED's een uitstekende stroomspreiding kunnen hebben vanwege de opmerkelijk kleinere chipgrootte [21, 22]. Merk op dat we de oppervlakterecombinatie voor Fig. 5 nog niet hebben overwogen. Daarom kunnen we speculeren dat het veel betere stroomspreidingseffect voor realistische μLED's de stralingsrecombinatie van de drager kan opofferen, die kan worden gemodelleerd door rekening te houden met oppervlakte-imperfecties, en de gedetailleerde besprekingen zullen later worden gemaakt.

Verhoudingen van geïntegreerde SRH-recombinatiesnelheid (SRH) en geïntegreerde stralingsrecombinatiesnelheid voor μLED's A, B en C. Inzetstukken (a ), (b ), en (c ) zijn de profielen voor SRH-recombinatiesnelheid (SRH) en de stralingsrecombinatiesnelheid aan de mesarand voor respectievelijk μLED's A, B en C. Gegevens worden berekend bij een stroomdichtheid van 40 A/cm ²

Verminderde oppervlakterecombinatie door MQW's te gebruiken met dunne kwantumbarrières

Om de impact van de oppervlakterecombinatie op de gatinjectie voor μLED's met verschillende kwantumbarrièrediktes te onderzoeken, ontwerpen we verder μLED's I, II en III. De structurele informatie van de MQW's voor μLED's I, II en III is identiek aan die voor μLED's A, B en C (zie Tabel 1), behalve dat de oppervlaktedefecten worden beschouwd voor μLED's I, II en III, zoals dat de breedte van het defecte gebied voor μLED's I, II en III is ingesteld op 0,5 m vanaf de geëtste mesarand.

De numeriek berekende EQE en het optische vermogen als functie van de stroomdichtheid worden gedemonstreerd in figuur 6. Figuur 6 laat zien dat wanneer oppervlakte-niet-stralingsrecombinatie wordt overwogen, de optische intensiteit aanzienlijk kan worden verminderd. Daarom bevestigt dit verder dat de niet-stralingsrecombinatie van het oppervlak niet kan worden genegeerd voor μLED's [10, 17, 18]. Ondertussen, in overeenstemming met de waarnemingen in Fig. 1, worden de EQE en het optische vermogen ook verbeterd wanneer de dikte van de kwantumbarrière afneemt, bijvoorbeeld, μLED I met de dunste kwantumbarrière heeft de grootste EQE en optische kracht. De experimenteel gemeten EQE voor μLED's I en III worden getoond in inzet Fig. 6a, die dezelfde trend laat zien als de numerieke berekeningsresultaten. Bovendien meten en tonen we de genormaliseerde elektroluminescentie (EL) spectra voor μLED's I en III in respectievelijk Fig. 6b en c. De piekemissiegolflengte voor alle geteste μLED's is ~450 nm. De gemeten EL kan worden gereproduceerd door onze modellen. Dit geeft aan dat de fysieke parameters die we hebben gebruikt correct zijn ingesteld, bijvoorbeeld het polarisatieniveau en de InN-samenstelling in de MQW's die de emissiegolflengte bepalen, zijn correct ingesteld.

Berekende EQE en optische vermogensdichtheid in termen van de injectiestroomdichtheid voor respectievelijk μLED's I, II en III. Inzet Afb van (a ) toont de experimenteel gemeten EQE voor respectievelijk μLED's I en III. Inzetcijfers van (b ) en (c ) presenteren de gemeten en numeriek berekende EL-spectra voor μLED's I en III. Gegevens voor inzet Vijgen (b ) en (c ) worden verzameld met een stroomdichtheid van 40 A∕cm ²

Om het effect van de zijwanddefecten op de efficiëntie van de gatinjectie voor μLED's I, II en III te onthullen, worden de gatconcentraties getoond in Fig. 7. Let op, de gatenconcentratie in Fig. 7a wordt onderzocht in het middelste gebied voor de apparaten [zoals aangegeven door de rode pijl in de inzet van Fig. 7a]. Figuur 7b toont de gatenconcentratie in het defecte gebied voor de apparaten [zoals aangegeven door de rode pijl in de inzet van figuur 7b]. Zoals figuur 7a en b illustreren, bevordert de verminderde dikte voor kwantumbarrières voor zowel het niet-defecte gebied als het zijwandgebied het gatentransport over de MQW's. De resultaten hier zijn consistent met Fig. 2. Verdere vergelijking tussen Fig. 7a en b laat zien dat de efficiëntie van de injectie van gaten bij de defecte zijwandgebieden duidelijk lager is dan die in het niet-defecte gebied. De waarnemingen hier komen goed overeen met Kou et al. [18], wat verder aantoont dat het in wezen nodig is om de stroom minder verspreid naar de defecte zijwanden te maken door de kwantumbarrièredikte op de juiste manier te verminderen (zie Fig. 3a en b).

Numeriek berekende gatenconcentratieprofielen in de MQW-regio (a ) in het midden, (b ) aan de rand van de mesa's voor respectievelijk μLED's I, II en III. Gegevens worden berekend bij een stroomdichtheid van 40 A/cm ² . Inzetcijfers tonen de positie waarlangs de gatenconcentratieprofielen worden vastgelegd

We herhalen dan onze analyse zoals we hebben gedaan in Fig. 5, waarvan de waarden nu worden gedemonstreerd in Fig. 8. We kunnen zien dat de verhouding voor R _SRH /R _rad aan de mesa-rand neemt toe wanneer de kwantumbarrière wordt verdikt, wat uniek wordt toegeschreven aan de aanzienlijk verbeterde niet-stralingsrecombinatiesnelheid van het oppervlak. Zoals we hebben voorgesteld, laten dikke kwantumbarrières de stroom toe om de mesa-randen te bereiken en de niet-stralingsrecombinatie aan het oppervlak te veroorzaken. Dientengevolge laat inzet Fig. a-c ook zien dat de niet-stralingsrecombinatie van het oppervlak extreem sterk wordt aan mesa-randen. De niet-stralingsrecombinatiesnelheid bij zijwanden overtreft zelfs de stralingsrecombinatiesnelheid.

Verhoudingen van de geïntegreerde SRH-recombinatiesnelheid (SRH) en de geïntegreerde stralingsrecombinatiesnelheid voor μLED's I, II en III. Ingezette figuren (a ), (b ), en (c ) zijn de profielen voor SRH-recombinatiesnelheid (SRH) en de stralingsrecombinatiesnelheid aan de mesarand voor respectievelijk μLED's I, II en III. Gegevens worden berekend bij een stroomdichtheid van 40 A/cm ²