Abstract

The advantages of blue InGaN light-emitting diodes (LEDs) with AlGaN barriers are studied numerically. The performance curves, energy band diagrams, electrostatic fields, and carrier concentrations are investigated. The simulation results show that the InGaNAlGaN LED has better performance than its conventional InGaNGaN counterpart owing to the increase of hole injection and the enhancement of electron confinement. The simulation results also suggest that the efficiency droop is markedly improved when the traditional GaN barriers are replaced by AlGaN barriers.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
    [CrossRef]
  2. T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004).
    [CrossRef]
  3. Y.-L. Li, Y.-R. Huang, and Y.-H. Lai, Appl. Phys. Lett. 91, 183113-1 (2007).
  4. M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
    [CrossRef]
  5. M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).
  6. J. Xie, X. Ni, Q. Fan, R. Shimada, Ü. Özgür, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 93, 121107-1 (2008).
  7. I. V. Rozhansky and D. A. Zakheim, Phys. Status Solidi A 204, 227 (2007).
    [CrossRef]
  8. A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).
  9. J. P. Liu, J.-H. Ryou, R. D. Dupuis, J. Han, G. D. Shen, and H. B. Wang, Appl. Phys. Lett. 93, 021102-1 (2008).
  10. Y.-K. Kuo, J.-Y. Chang, M.-C. Tsai, and S.-H. Yen, Appl. Phys. Lett. 95, 011116-1 (2009).
  11. APSYS by Crosslight Software, Inc., Burnaby, Canada (http://www.crosslight.com).
  12. I. Vurgaftman and J. R. Meyer, J. Appl. Phys. 94, 3675 (2003).
    [CrossRef]
  13. V. Fiorentini, F. Bernardini, and O. Ambacher, Appl. Phys. Lett. 80, 1204 (2002).
    [CrossRef]

2009 (1)

Y.-K. Kuo, J.-Y. Chang, M.-C. Tsai, and S.-H. Yen, Appl. Phys. Lett. 95, 011116-1 (2009).

2008 (3)

J. Xie, X. Ni, Q. Fan, R. Shimada, Ü. Özgür, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 93, 121107-1 (2008).

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

J. P. Liu, J.-H. Ryou, R. D. Dupuis, J. Han, G. D. Shen, and H. B. Wang, Appl. Phys. Lett. 93, 021102-1 (2008).

2007 (5)

I. V. Rozhansky and D. A. Zakheim, Phys. Status Solidi A 204, 227 (2007).
[CrossRef]

M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
[CrossRef]

Y.-L. Li, Y.-R. Huang, and Y.-H. Lai, Appl. Phys. Lett. 91, 183113-1 (2007).

M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
[CrossRef]

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

2004 (1)

T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

I. Vurgaftman and J. R. Meyer, J. Appl. Phys. 94, 3675 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

V. Fiorentini, F. Bernardini, and O. Ambacher, Appl. Phys. Lett. 80, 1204 (2002).
[CrossRef]

Ambacher, O.

V. Fiorentini, F. Bernardini, and O. Ambacher, Appl. Phys. Lett. 80, 1204 (2002).
[CrossRef]

Bernardini, F.

V. Fiorentini, F. Bernardini, and O. Ambacher, Appl. Phys. Lett. 80, 1204 (2002).
[CrossRef]

Chang, J.-Y.

Y.-K. Kuo, J.-Y. Chang, M.-C. Tsai, and S.-H. Yen, Appl. Phys. Lett. 95, 011116-1 (2009).

Craford, M. G.

M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
[CrossRef]

Dai, Q.

M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
[CrossRef]

David, A.

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

DenBaars, S. P.

T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004).
[CrossRef]

Dupuis, R. D.

J. P. Liu, J.-H. Ryou, R. D. Dupuis, J. Han, G. D. Shen, and H. B. Wang, Appl. Phys. Lett. 93, 021102-1 (2008).

Fan, Q.

J. Xie, X. Ni, Q. Fan, R. Shimada, Ü. Özgür, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 93, 121107-1 (2008).

Fiorentini, V.

V. Fiorentini, F. Bernardini, and O. Ambacher, Appl. Phys. Lett. 80, 1204 (2002).
[CrossRef]

Fujii, T.

T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004).
[CrossRef]

Gao, Y.

T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004).
[CrossRef]

Gardner, N. F.

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

Grundmann, M. J.

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

Han, J.

J. P. Liu, J.-H. Ryou, R. D. Dupuis, J. Han, G. D. Shen, and H. B. Wang, Appl. Phys. Lett. 93, 021102-1 (2008).

Harbers, G.

M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
[CrossRef]

Hu, E. L.

T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004).
[CrossRef]

Huang, Y.-R.

Y.-L. Li, Y.-R. Huang, and Y.-H. Lai, Appl. Phys. Lett. 91, 183113-1 (2007).

Kaeding, J. F.

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

Kim, J. K.

M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
[CrossRef]

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

Kim, M. H.

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

Kim, M.-H.

M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
[CrossRef]

Krames, M. R.

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
[CrossRef]

Krames, Michael R.

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

Kuo, Y.-K.

Y.-K. Kuo, J.-Y. Chang, M.-C. Tsai, and S.-H. Yen, Appl. Phys. Lett. 95, 011116-1 (2009).

Lai, Y.-H.

Y.-L. Li, Y.-R. Huang, and Y.-H. Lai, Appl. Phys. Lett. 91, 183113-1 (2007).

Lee, S. M.

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

Li, Y.-L.

Y.-L. Li, Y.-R. Huang, and Y.-H. Lai, Appl. Phys. Lett. 91, 183113-1 (2007).

Liu, J. P.

J. P. Liu, J.-H. Ryou, R. D. Dupuis, J. Han, G. D. Shen, and H. B. Wang, Appl. Phys. Lett. 93, 021102-1 (2008).

Meyer, J. R.

I. Vurgaftman and J. R. Meyer, J. Appl. Phys. 94, 3675 (2003).
[CrossRef]

Mihopoulos, T. G.

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

Morkoç, H.

J. Xie, X. Ni, Q. Fan, R. Shimada, Ü. Özgür, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 93, 121107-1 (2008).

Mueller, G. O.

M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
[CrossRef]

Mueller-Mach, R.

M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
[CrossRef]

Nakamura, S.

T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004).
[CrossRef]

Ni, X.

J. Xie, X. Ni, Q. Fan, R. Shimada, Ü. Özgür, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 93, 121107-1 (2008).

Özgür, Ü.

J. Xie, X. Ni, Q. Fan, R. Shimada, Ü. Özgür, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 93, 121107-1 (2008).

Park, Y.

M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
[CrossRef]

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

Piprek, J.

M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
[CrossRef]

Rozhansky, I. V.

I. V. Rozhansky and D. A. Zakheim, Phys. Status Solidi A 204, 227 (2007).
[CrossRef]

Ryou, J.-H.

J. P. Liu, J.-H. Ryou, R. D. Dupuis, J. Han, G. D. Shen, and H. B. Wang, Appl. Phys. Lett. 93, 021102-1 (2008).

Sakong, T.

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

Schubert, E. F.

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
[CrossRef]

Schubert, M. F.

M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
[CrossRef]

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

Sharma, R.

T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004).
[CrossRef]

Shchekin, O. B.

M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
[CrossRef]

Shen, G. D.

J. P. Liu, J.-H. Ryou, R. D. Dupuis, J. Han, G. D. Shen, and H. B. Wang, Appl. Phys. Lett. 93, 021102-1 (2008).

Shimada, R.

J. Xie, X. Ni, Q. Fan, R. Shimada, Ü. Özgür, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 93, 121107-1 (2008).

Sone, C.

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

Tsai, M.-C.

Y.-K. Kuo, J.-Y. Chang, M.-C. Tsai, and S.-H. Yen, Appl. Phys. Lett. 95, 011116-1 (2009).

Vurgaftman, I.

I. Vurgaftman and J. R. Meyer, J. Appl. Phys. 94, 3675 (2003).
[CrossRef]

Wang, H. B.

J. P. Liu, J.-H. Ryou, R. D. Dupuis, J. Han, G. D. Shen, and H. B. Wang, Appl. Phys. Lett. 93, 021102-1 (2008).

Xie, J.

J. Xie, X. Ni, Q. Fan, R. Shimada, Ü. Özgür, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 93, 121107-1 (2008).

Xu, J.

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

Yen, S.-H.

Y.-K. Kuo, J.-Y. Chang, M.-C. Tsai, and S.-H. Yen, Appl. Phys. Lett. 95, 011116-1 (2009).

Yoon, S.

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

Zakheim, D. A.

I. V. Rozhansky and D. A. Zakheim, Phys. Status Solidi A 204, 227 (2007).
[CrossRef]

Zhou, L.

M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (9)

T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004).
[CrossRef]

Y.-L. Li, Y.-R. Huang, and Y.-H. Lai, Appl. Phys. Lett. 91, 183113-1 (2007).

M.-H. Kim, M. F. Schubert, Q. Dai, J. K. Kim, E. F. Schubert, J. Piprek, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507-1 (2007).
[CrossRef]

M. F. Schubert, J. Xu, J. K. Kim, E. F. Schubert, M. H. Kim, S. Yoon, S. M. Lee, C. Sone, T. Sakong, and Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102-1 (2007).

J. Xie, X. Ni, Q. Fan, R. Shimada, Ü. Özgür, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 93, 121107-1 (2008).

A. David, M. J. Grundmann, J. F. Kaeding, N. F. Gardner, T. G. Mihopoulos, M. R. Krames, T. G. Mihopoulos, and Michael R. Krames, Appl. Phys. Lett. 92, 053502-1 (2008).

J. P. Liu, J.-H. Ryou, R. D. Dupuis, J. Han, G. D. Shen, and H. B. Wang, Appl. Phys. Lett. 93, 021102-1 (2008).

Y.-K. Kuo, J.-Y. Chang, M.-C. Tsai, and S.-H. Yen, Appl. Phys. Lett. 95, 011116-1 (2009).

V. Fiorentini, F. Bernardini, and O. Ambacher, Appl. Phys. Lett. 80, 1204 (2002).
[CrossRef]

IEEE J. Disp. Technol. (1)

M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, and M. G. Craford, IEEE J. Disp. Technol. 3, 160 (2007).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

I. Vurgaftman and J. R. Meyer, J. Appl. Phys. 94, 3675 (2003).
[CrossRef]

Phys. Status Solidi A (1)

I. V. Rozhansky and D. A. Zakheim, Phys. Status Solidi A 204, 227 (2007).
[CrossRef]

Other (1)

APSYS by Crosslight Software, Inc., Burnaby, Canada (http://www.crosslight.com).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Light-current-voltage, (b) IQE performance curves of the In Ga N Ga N and In Ga N Al Ga N structures.

Fig. 2
Fig. 2

Electrostatic fields near last three QWs and EBL of the In Ga N Ga N and In Ga N Al Ga N structures at 150 mA (gray regions represent the location of QWs).

Fig. 3
Fig. 3

Energy band diagrams of (a) In Ga N Ga N and (b) In Ga N Al Ga N structures at 150 mA . Enlarged drawings of the valence band near EBL of the (c) In Ga N Ga N and (d) In Ga N Al Ga N structures. Enlarged drawings of the conduction band near EBL of the (e) In Ga N Ga N and (f) In Ga N Al Ga N structures.

Fig. 4
Fig. 4

Carrier concentrations of the (a) In Ga N Ga N and (b) In Ga N Al Ga N structures near active region at 150 mA

Metrics